автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методологические основы формирования практических умений школьников в процессе решения физических задач

Автореферат диссертации по теме "Методологические основы формирования практических умений школьников в процессе решения физических задач"

Г Г '

) 1.1 РОССИИСКАН АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ • ИНСТИТУТ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ

На правах рукописи

НИЗАШВ Илюс ?>",убарякович

УДК 372.053.046.14

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ УМЕНИЙ ШКОЛЬНИКОВ В ПРОЦЕССЕ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

13.00.02 - методика преподавания физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Институте общеобразовательной школы Российской академии образования ( лаборатория обучения физике)

Официальные оппоненты

Доктор педагогических наук, профессор С.Е.Каменецкий;

Доктор педагогических наук, профессор, академик Российской академии образования В.Г.Разумовский;

Доктор педагогических наук, профессор Л.С.Хижнякова.

Ведущее учреждение - Челябинский ордена "Знак почета" государственный педагогический институт (кафедра методики преподавания физики).

Защита состоится "// " ; /','/, IV' 1994 г. в часов на заседании специализированного совета Д 018.06.01 естественно-математического образования при Институте общеобразовательной школы Российской академии образования по адресу: II9I2I, Москва, ул. Погодинская, 8.

. У . , ? ,

Автореферат разослан "-у / " л< у?-//.' 1994 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физико-математических

наук Г.В.Дорофеев

с:;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Иио.иДОАШ1Я

Актуальность исследования. социально-экономическое обнонль-ние общества в условиях научно-технической революции настоятельно выдвигает перед нашей школой требования коренного улучшении. общего образования в школе.

Необходимо вооруякть учалихся не только глубокими зиаиляда, но и общими подходами, методами и принципами научного познания, формировать у нкх умелая творчески применять эти метода на практике.

Однако, как показывают наблюдения за процессом обучения в массовой школе, результата вступительная экзаменов, документы по проверке школ и др., даже учащиеся с высокой успеваемостью обнаруживают значительные пробелы в умениях применять теоретические знания в познавательной и практической деятельности.

Проблема исследования состоит в том, что при современной методике обучения, практические умения школьников, необходимые для решения задач, значительно отстают от их теоретической подготовки.

Необходимо установить в методике обучения характер взаимосвязи между знаниями и умениями их применять, который бы позволил определить механизм перехода от знаний к приемам действий по решению задач.

Объектом данного исследования ■ является учебная деятельность школьников по применению учащимися знаний теории в познавательной и практической деятельности.

Предмет исследования - теоретическая подготгака школьников как основа для формирования практических умений; закономерности перехода от знаний к умениям применять их на практике.

Цель исследования состоит в разработке методологических основ новой методики обучения применению теоретических знаний на практике. ■

Гипотеза. Учащиеся приобретают прочпые и осознанные умения применять теорию для решения практических задач, если

- их вооружить система!® методологических и регулятивных принципов;

-4- обучить оперировать системой методологических принципов как средством преобразования теории в приемы и способы деятельности;

- научить самостоятельно констриуровать приемы и способы действий, правила и алгоритмы решения физических задач, тем самым способствуя формированию и развитию алгоритмического стиля мышления и творческих способностей;

- применять в обучении комплекс систем теоретических знаний, методологических и регулятивных принципов.

Задачи исследования:

1. Разработать общую теоретическую концепцию исследования на основе философского анализа сущности взаимосвязи теории и методов познания в процессе обучения.

2. В свете установленной концепции перехода знаний в умения пересмотреть существующую педагогическую теорию и практику формирования умений при обучешз физике.

3. Разработать систему методологических принципов, идей, подходов, посредством которых учащиеся должны трансформировать теоретические знания в приеш познавательных и практических действий, правила и алгоритмы.

4. Создать систему регулятивных принцг.пов, указаний, приемов действий, правил к алгоритмов, направляющих познавательную и практическую деятельность школьников в обучении физике. ■

5. Разработать методику обучения школьников применению системы методологических знаний, формирования практических умений.

6. Провести обоснованную типологию школьных физических задач и разработать методику формирования эффективных способов их решения в соответствии с принятой концепцией перехода от знаний к умениям.

7. Произвести педагогический эксперимент с целью проверки достоверности выдвинутой гипотезы о том, что для успешного обучения школьников применению теории на практике их необходимо вооружить системами методологических и регулятивных принципов.

8. Определить пути внедрения результатов исследования в педагогическую теорию и практику общеобразовательных и профессионально-технических училищ и институтов. Разработагь дидак-

Тические материалы для учаидахся по применению знаний на практике, методические рекомендации для учителей по обучению школьников применять знания теории.

ь исследовании применялись следующие методы:

1. Анализ и обобщение теоретической, учебной и методической литературы.

2. Изучение школьной документации /классных журналов, контрольных письменных работ учащихся, результатов физических и математических олимпиад и т.д./ с целью выявления особенностей усвоения школьниками учебного материала по различным темам и разделам школьного курса физики, математики, химии и др.

а. Изучение и обобщение передового опита по обучению учащихся применению знаний, решению задач, проведение бесед с учителями и школьниками, поселение уроков, анкетирование, ознакомление с литературой об опыте учителей-новаторов.

4. Анализ результатов проверки школ, проводимой институтом усовершенствования учителей, контрольных письменных и олимпи-адных работ школьников с целью оценки состояния качества знаний и умений применять теорию на практике, уровня развития творческих способностей учащихся.

о. Педагогический эксперимент по определению эффективности рекомендуемой методики обучения применению знаний, решению физических задач, вытекающей из концепции перехода знаний в практические умения, действенности разработанной типологии школьных физических задач и методов их решения.

Методологической основой исследования являются диалектические законы, категории и принципы, положение о характере взаимосвязи теории и методов познания.

Организация исследования, этапы работы. Диссертационная работа является итогом научно-исследовательской деятельности автора в школах и«педагогических вузах Башкирии.

IIa первом этапе исследования /1954-1978/ был накоплен эмпирический материал на основе наблюдения за учебных процессом, изучения документов проверки знаний и умений у школьников. Данный этап завершился выдвижением проблемы, которая обсуждалась на заседаниях лаборатории обучения физике ПИИ СиГЛО АПН СССР.

1978-82 годы были посвящены теоретическому изучению проблемы, уточнению темы, которая сила утверждена Координационным

советом ЛПН СССР. Била разработана гипотеза, составлена програ* ма ее экспериментальной проверки в ряде школ'г. Уфы и Башкирии.

Основным содержанием третьего этапа /1982-1993 г.г./ являлись разработка методики обучения учащихся применению знаний, ее экспериментальная проверка и теоретическое обобщение, составление учебных и дидактических материалов, методических рекомендаций.

На завершающем этапе проводилось оформление результатов исследования, вносились поправки в рекомендуемую методику.

11а защиту выносится концепция перехода от знаний к умениям, включающая следующие положения:

1. Знания теории физики не являются достаточным условием для приобретения умений и навыков. Они не формируют и структуру познавательной деятельности, которая необходима для самостоятельного приобретения новых знаний.

2. Для формирования познавательных и практических умений необходимо вооружить учащихся методологическими принципами, чтобы они посредством этих принципов научились преобразовывать знания теории в регулятивные принципы, в приемы познавательных и практических действий, правила и алгоритмы.

Новизна и теоретическая значимость результатов исследования определяются постановкой проблемы, которая ранее в методике преподавания физики специально не выдвигалась и не исследовалась. Разработана концепция перехода от знаний к умениям б процессе учебного познания, в которой раскрыта связь между знаниями теории и приемами их применения на практике. Положения концепции выполняют функции закономерносг ей.

Разработаны системы методологических и регулятивных принциг пов, которые представляют собой важные звенья в формировании практических и познавательных умений.

Предложен дидактический комплекс, состоящий из систем:

I/ теоретических знаний,

2/ методологических принципов,

3/ регулятивных принципов, приемов и способов действий и

4/ мотивационных структур и познавательных интересов.

Установлена новая дидактическая функция решения задач -методологическая, проявляющаяся в том, что решение задачи представляет собой процесс преобразования теоретических зна-

кий в приемы и способы познавательных и практических действий.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработана новая система обучения, в основу которой положена концепция перехода от знаний к практическим умениям, являющася стержнем методики формирования практических умений у школьников.

Выявлено дидактическое место приемов интеллектуальных и-практических действий, показано, что они занимают промежуточное положение между знаниями и умениями.

Трансформировать знания теории в приемы и способы действий, правила и алгоритмы школьники учатся в основном в процессе решения учебных задач, когда применяется дидактический комплекс. Это относится не только к физическим закона!/,, но п ко всем элементам теоретических знаний.

На основе разработанной концепции составлены учебные и методические пособия, которые нашли применение в практике школ.

Внедрение результатов исследования в практику позволяет существенно повысить качество знаний школьников, усилить практическую направленность обучения физике.

Рекомендуемая методика обучения школьников применению знаний включена в программы спецкурсов и в практику!,ты по решению физических задач б Башкирском, Бирском, Курском и Стерлитамак-ском педагогических институтах.

Концепция и следующие из нее дидактические закономерно®и дают возможность быстрее ориентироваться в исследуемой области методики физики и вообще педагогики, проводить изучение дидактического объекта более целенаправленно и последовательно, полнее реализовать современные требования к школьному учебнику.

Основные положения защищаемой концепции перехода от знаний к умениям широко освещались в печати, а также в докладах на Всесоюзных научно-практических конференциях /Уфа ,- 1987, пос. Черноголовка „.ои;овикои области - 1988/, на межвузовских конференциях и симпозиумах / Москва - 1965, Ростов-на-Дону -1983, Уфа - 1987, Рорький - 1989/ и т.д.

Структура диссертации отражает программу и логику исследо-г-авия. Она состоит из введения, четырех глав и основных выводов. Список литературы, на которую имеются ссылки в работе, включает 275 наименований. Объем диссертации составляет 314 с.

без списка литературы. В ней 15 таблиц. Диссертация достаточно полно проиллюстрировано рисунками и схемами.

ОСНОВНОЕ СОлЕЕкЛНИЕ ДИССЕРТАЦИИ В главе I "Проблема повышения эффективности обучения применению знаний в педагогической теории и жольной практике" приводятся обобщенные результаты изучения качества знаний учащихся. Как показывают результаты наблюдения за процессом обучения в школах, на вступительных экзаменах, изучения олимпиадных работ школьников и документов по проверке работы школ и т.д., качество знаний учащихся в массовой школе страдает поверхностностью и формализмом: лучше зпают определения и формулы, хуже могут описать и объяснять связь явлений и еще хуже могут применять знания для решения задач.

На вступительных экзаменах по математике в Башкирский государственный педагогический институт на "5" оцениваются обычно работы лишь 15 г 20 % абитуриентов, неудовлетворительные оценки получают 20 ~ 25 % поступающих. Причиной неудач является формальное усвоение явлений, понятий, законов, свойств физических и математических объектов.

По физике более чем в 60 % случаев абитуриенты не справляются с простой задачей на применение одного или двух законов. Исследованиями лаборатории обучения физике НИИ СиМО АПН установлено, что усвоение знаний на уровне их применения в несколько измененных ситуациях по электромагнетизму составляет около 25 %, постоянному току - 50, электростатике и тепловым явлениям - 40.

В качестве факта, показывающего, какая пропасть может лежать между знанием и умением его применять, приводим следующий, На республиканской олимпиаде была предложена задача на разновидность "вечного" двигателя, действие которого якобы обусловлено архимедовой силой. Несмотря на то, что все учащиеся были знакомы с законом сохранения энергии, почти половина из них дала положительный ответ о возможности непрерывного действия данного "двигателя".

Из анализа анкетирования видно, что 30 -,50 % школьников указывает на отсутствие у них умения решать задачи /А.В.Усова/Учащиеся пренебрегают более общими методами решения. Например, предпочитают кинематический и динамический подходы вместо энергетического. Из 71 десятиклассников, принявших участие на олямппаде, лишь трое догадались воспользоваться законом сохра-ирния энрргли в добились успеха при рассмотрении удара шаров.

! Неумение организовать процесс решения задачи представляет обой значительную помеху в применении знаний. У школьников не Сработана привычка сопровождать решение задач графика!,®, ри-¡упкаг.и и схемами. При описании механического движения часто Затрудняются в определении системы координат и тела отсчета. Прослеживается устойчивая корреляция между количеством отрицательных оценок за контрольные работы и отсутствием в них сх;ем и рисунков, необходимых для понимания сути явлений. Неудача постигает чаще тех учащихся, которые не владеют умением переводить информации из одной формы в другую: семантическую, образную или знаковую.

Часто школьники не могут проверить сами себя, не владеют методами самоконтроля. Между тем, проверка и исследование результата решения относится к важному этапу в процессе решения, и его невозможно считать полным без данной процедуры. Однако учащиеся редко проверяют полученный результат, лишь иногда доказывают реальность наименования искомой величины.

Б главе анализируется концепция педагогики и психологии, взгляды ученых.на характер связи между знаниями и умениями, на роль теории в формировании способа практической деятельности, в частности, концепция единства сознания и деятельности / Л.С. Выготский, П.И.Зинченко, А.Н.Леонтьев, А.А.Смирнов и др./, которая плодотворно применяется в методике преподавания физики.

Знания и умения тесно переплетены и влияют друг на друга. Без знаний невозможны осознанные действия. Только обладая соответствующими знаниями, можно действовать целенаправленно. Верно и обратное явление - действия с предметами дают знания об их свойствах. Таково основное содержание концепции единства деятельности и сознания, принципа активности познания.

О роли знаний в формировании умений существует несколько точек зрения. Одна крайность состоит в утверждении того, что знания не входят в структуру деятельности. Другая крайность проявляется в том, что знание теории отождествляется с подготовленностью к практической деятельности. Например, знание научных понятий, законов и принципов немало учителей считает достаточным для выполнения упражнений и решения задач.

Мы солидарны с теми, кто считает, что знание предмета включает в себя не только сведения об окружащей действительности / описывающая информация/, но и указания об организации мыслительной и практической деятельности /предшсыващая инТормация/. Эти идеи отражены в трудах П.Ф.Талызиной, 'Л.Л..кернера, В.Б.Кра-

евского, И.С.Якиманской, Э.И.Калмыковой, Е.Н.Кабановой-Меллер, А.В.Усовой, Я.В.Кузьминой и др.

Из концепции перехода от знаний к умениям следуют выводы о том, что учебтш предает должен сочетать теорию с методологией науки, т.е. включать в себя сведения, в которых описываются и объясняются явления и факты, а также инструктивную часть: правила, предписания, алгоритм, в соответствии с которыми наблюдаются эти явления, описываются и объясняются, раскрывается их сущность, применяются знания в практической деятельности.

Процесс овладения школьниками умениями многие психологи и дадакты видят в формировании общих и специфических, обобщенных приемов познавательной деятельности /Н.5.Талызина, А.В.Усова, Е.П.Кабанова-Меллер и др./.

Общие приемы наблюдения, сравнения, классификации и др. мы рассматриваем как перенос б дидактику общенаучных методов познания, а обобщенные планы, схемы, правила и алгоритмы - как . проявление методологической функции теоретических знаний.

Из произведенного анализа качества знаний школьников, обзора и обобщения литературы, подхода к связи мезду знаниями и умениями напрашивается вывод о насущной необходимости исследования процесса перехода знаний в умения, установления его закономерностей и разработки на этой основе методики обучения применению знаний.

Теоретическому решению этой проблемы посвящена П глава диссертации "Концепция перехода от знаний к умениям", в которой рассматриваются система теоретических знаний, ее гносоелогическая и методологическая функции.

Теоретические знания образуют систему - теорию. Теория есть система понятий, отражающих сущность исследуемого объекта, а также законов его изменения. Одна из важных особенностей теории состоит в том, что она пронизана руководящей идеей - концепцией. Например, в учебнике "Физика-8" /К.Кикоин, А.Кикоин/ в качестве стержневой идеи служит основная задача механики.

Хотя теория и метод выступают как относительно самостоятельные форш познания и преобразования действительности, между ними существует диалектическая связь. Всякий научный метод создается на базе определенной теории.

В свою очередь велико обратное воздействие метода на теорию. . Более совершенный метод спо© бствует углублению теории, уточнению границ ее применимости, приводит к ее изменению, коренной

перестройке или даже отрицанию, например, тшс было с теорией теплорода. Однако в школьном курсе эта связь реализуется слабо.

В диссертации показано, как из анализа взаимосвязи теории и методов познания предлагается для методики обучения следующие:

I. В содержании предмета проводится идея о том, что научная теория призвана описывать и объяснять явления, свойства и связи, существующие в природе, а метод имеет своей целы» предписывать способы деятельности по исследованию и преобразованию объекта, основанные на знании теории. Теория и метод диалектически связаны между собой.

3. Однако система теоретических знаний не тождественна методу, она непосредственно не может выполнять методологические функции, и в этом состоит проблема совершенствования содержания школьного курса физики и методики обучения.

3. Чтобы теория выполняла функции метода, она должна быть превращена в систему предписаний, ведущих к практическому приложению теории на практике.

4. В процессе обучения ученик должен овладеть не только теорией изучаемой науки, но и методом применения ее на практике. Например, опираясь на периодический закон Д.И.Менделеева, имея даже перед глазами таблицу периодической системы, рассчитывать на успех при определении структуры состава атома без предварительной тренировки может не каждый школьник. Чтобы пользоваться таблицей на практике, нужно уметь ее "читать", т.е. владеть методом ее применения.

При изучении рычага школьники обычно верно формулируют определение плеча силы, однако показать его на схеме пли модели механизма, тем более провести на рисунке далеко не всегда могут. Для этого нужно уметь выполнять определеннув последовательность дейстш й.

Следовательно,»знание теории недостаточно ориентирует учащихся на ее применение на практике. Для того, чтобы понятия и законы физики применять на практике, нами предлагается в соответствии с концепцией придать им методологическую силу, т.е. трансформировать в систему регулятивных принципов, приемов действий, правил и алгоритмов. Это - очень важное звено между знаниями и умениями:

Операционные знания теории

Приемы действий

Умения и кавыки

Разумеется, любые знания находят применение на практике. Однако для формирования какого-либо умения требуется определенная совокупность знаний, их минимальный объем назовем операционным. Операционные знания составляют достаточную основу для формирования приемов действий, способа деятельности. Например, для определения того, взаимодействуют ли два скрещиващихся под пряшм углом проводника с токами, если взаимодействуют, то каким образом, как нами установлено, необходимо двух систем опе-рахдаонных знаний: из стереометрии / понятие скрещивающихся прямых и угла между ними, а также свойства таких прямых, самое важное из которых состоит в том, что существует общий перпендикуляр к скрещиващимся прямым, длина которого есть наикратчайшее расстояние между ними/; из электродинамики: понятия силовой характеристики магнитного поля, силовых линий, свойства магнитного поля, самым важным среда которых является главное свойство /проводник с током испытывает действие со стороны магнитного поля/. Количественно это свойство представлено в законе Ампера. Кроме того, учащиеся должны знать принцип суперпозиции и положение, обратное этому принципу: вектор магнитной индукции можно разложить на составляющие, а также закон Био-Савара-Лапласа /качественно/: с удалением токов друг от друга сила взаимодействия между ними ослабевает, дальше от проводника с током его магнитное поле слабее и т.д. Эти системы знаний посредством методологических средств преобразуется в регулятивные принципы, приемы действий по определению поведения таких проводников с тоном.

Предложенная выше иерархия "знания-приемы-умения" дает возможность осмыслить сущность везных педагогических явлений.. Так, например, творческое мышление проявляется в способности ученика самостоятельно трансформировать имеющиеся у него знания теории в ранее.не встречавшиеся приемы их применения, решения задач. Размагнитить стальной стержень можно научить любого. Но сам человек может догадаться обэ этом, лишь зная природу магнитных свойств вещества. В этом значение теории - без нее невозможно творчески разработать способ ее применения на практике. Правда, возможны случайные находки, но это маловероятно.

Разрабатывая методологическое содержание учебного предмета, № несколько расходимся с нашими предшественниками. Обычно методологическими считает "знания о знаниях" /Л.Я.Зорина, В.Н. Мотанский/. Г.П.Горпн к учебному материалу методологического

характера относит не только метода познания /экспериментальный и теоретический/, ко и физические теории и идеи, а также зако-номерюсти развчтия самой Физической науки.

Под методологией понимают "систему принципов и способов организации и построения теоретической и практической деятельности" !"Философский энциклопед. словарь", М!.

Однако в наших исследованиях мн не отождествляем понятия "способ" и "метод". Метод, по нашему, означает знания, ориентирующие на конструирование нового способа познавательной и практической деятельности.

Методологическую роль выполняют частные методики, представляющие собой учение о том, кал учитель долнен показывать применение знаний для описания и объяснения явлений, как необходимо преобразовывать знания в способы деятельности. Кавдый учитель обладает определенным фондом методологических средств преломления теории в приемы действий. В этом проявляется его педагогическое мастерство.

Система методологических принципов, предлагаемая нами, лежит в основе методики обучения школьников применению знаний теории в познавательной и практической деятельности.

Разработанная система включает в себя общие методологические принципы, общенаучные методологические знания, частные физические принципы, а также некоторые практические правила и приемы. Ниже приводятся примеры применения принципов в методике обучения физике.

I. Общие методологические принципы, отражающие всеобщие методы познания, выступают в качестве универсальных средств, стратегически ориентирующих в ситуации поиска, особенно при недостающей информации. Они больше всего"работают" на методику обучения применению знаний, решению задач.

Общий методологический принцип всесторонности и абстрагирования предписывает охватывать предметы и явления, фигурирующие в содержании задачи, во многообразии их связей, отношений и взаимодействия между собой. Необходимо установить, какие связи В данном случае существенны и какие не существенны, которыми можно пренебречь. Лишь благодаря взаимодействия с другими изучаемый объект проявляет себя, свойства, например, инертность. Чтобы применить второй закон Ньютона, необходимо установить, с какими телами лз окружающих взаимодействует рассматриваемое тело, какие из них влияют на него существенно.

Новая задача до ее решения содержат некоторую неопределенность. До ее анализа сразу неизвестно, что конкретно необходимо установить, какую величину найти. Ученик заранее не знает о том подходе, который раскрывает эту неопределенность. Он допускает ряд свойств и проверяет их соответствие требованию задачи, обращает внимание на наиболее, на его взгляд, существенное свойство. Происходит абстрагирование.

Необходимо вовремя отсекать в рассматриваемой ситуации несущественные связи, перейти от всестороннего рассмотрения его свойств к выделению самого главного. В задаче по динамике после выявления тел, существенно влияющих на рассматриваемое тело, нухшо его изолировать, заменив действия этих тел силами реакции. В дальнейшем на эти тела модно не обращать внимание.

Школьники часто терпят неудачу в анализе явлений, не сумев устранить несуществешше факторы. Немалую трудность у них вызывает установление условной замкнутости системы. В реальных условиях полной замкнутости не существует. Необходимо формировать у школьников привычку искать условия, когда явление возможно идеализировать. Например, клюшка и иайба на ледяном поле, если пренебречь трением, составляют изолированную систему относительно любого горизонтального направления. Система приближенно зш.жнута, если даже подвергается действию со стороны окружающих тел, но в течение очень короткого времени, такого, что скорости, приобретаемые под действием этих сил, ничтожно малы по сравнению с приобретаемыми благодаря взаимодействию между собой.

Принцип причинности ориентирует в поиске решения опирать-' ся на причинно-следственние связи предметов и явлений. Отношение между причиной и следствием носит необходимый или случайный характер.

В школьном курсе механики каждое изменение имеет свою причину, обусловлено соответствующим взаимодейств!ем. По отношению к изменению взаимодействие выступает как его причина, а изменение относительно взаимодействия - в рола следствия. Успех в анализе задачи и ее решении возможен лишь путем установления причины явления, рассматриваемого в содержании задачи.

Явление - это следствие. Изучение и объяснение явления представляет собой раскрытие его причины, сущности. Явление может бнть объяснено на двух уровнях:

I/ Эмпирический уровень - когда причина явления проявляется с

внешней стороны. Этот уровень в наших исследованиях назван описательным. Причиной возникновения силы упругости является изменение формы или объема тела. Это можно наблюдать.

2) На теоретическом уровне познается сущность явления, внутренняя связь. Например, причиной архимедовой силы является различие в силах давления на нижнее и верхнее основания погруженного в жидкость тела. Если ученик не вник в причину этой силы,применяя вслепую закон Архимеда, то он не справится с задачей на расчет давления, производимого ступенчатой бетонной колонной, плотно прилегающей ко дну водоема, когда уровень воды будет постепенно повышаться.

Общий методологический принцип противоречия несет большую методологическую нагрузку для формирования у учащихся общего подхода к анализу противоборствующих тенденций: депствия и противодействия, испарения и конденсации, притяжения и отталкивания, например, молекул, нуклонов, покоя и движения, существования частицы и античастицы, положительных и отрицательных зарядов и т.д. Если сила упругости поднимает тело, то учащийся должен иметь в виду, что при этом преодолевается сила тяжести. Тяговое усилие необходимо локомотиву, чтобы преодолеть силу трения, а также сообщить ускорение поезду. Равновесие тела обусловлено тем, что одни силы и моменты сил уравновешивают другие. Индукционный ток своим магнитным полем препятствует изменению поля, которое вызывает этот ток. Непосредственно из рассмотрения балки невозможно рассчитать давления на опоры. Вначале нужно определить силы реакции со стороны опор на балку. Каждая искомая сила давления вызывает силу реакции, являющуюся противодействующей.

Принцип системности ориентирует в анализе задачи и поиске решения опираться на знаниях о системности, упорядоченности и организованности предметов, предписывает в ходе исследования системы учитывать внутренний порядок, связи,, отношения и взаимодействия между ее частями.

Для методики обучения решению задач методологически ценно положение о том, что процесс анализа сложного объекта направлен от целого к частям и, наоборот, от частей к целому (синтез), Но при этом следует держать объект целым в поле зрения. Целое не равно простой сумме частей. При образовании целого из частей происходит переход количества в качество.

д&нный принцип эффективен при изучении устройства и действия сложных систем: приборов, электрических схем, механизмов и установок, соблюдая определенный порядок. Например, как нам кажется, полезно изучить механизм посредством следующих действий: I) расчленить механизм на отдельные звенья (мысленно, если можно, то в реальности); 2) определить, какие кинематические пары образуют эти звенья друг с другом; 3) каковы возможные движения этих пар; 4) какие ограничения испытывают пары в составе целого механизма при своих движениях (синтез); 5) каково движение (траектория, скорость, ускорение) ведомого звена, если задан закон движения ведущего.

Нередко в школьной практике наблюдается пренебрежение данным принципом. Школьники часто допускают стратегический промах, стараясь охватить обьект в целом, применять понятия и законы сразу ко всей системе, например, к связанным телам, рассматривая их как единое целое.

2. Общенаучные методологические знания раз-

работаны на базе таких методов познания, как аналогия, идеализация, метод гипотез, мысленного эксперимента и др.

Метод базовой (модельной) задачи основан на использовании аналогии. Существует множество звдач, отличающихся по "сюжету", но по сущности подхода к решению имеют аналогию, общую инвариантность. Наипростейшую задачу из данного множества назовем базовой, а ее метод решения - универсальным-

Задача, выступающая в качестве базовой, должна удовлетворять ряду требований:

1) В условии и требовании базовой задачи должны фигурировать отношения и связи между объектами, какие существуют в других задачах рассматриваемого типа (требование изоморфизма).

2) "Сюжет" базовой задачи должен быть наиболее простым, "оголенным" .

3) Способ решения базовой задачи включает в себя все основные приемы, необходимые для данного множества задач.

4) Задачи множестве отличаются друг от друга лишь относительной новлзной, возраставшей степенью трудности.

Например, для множество задач,'связанных с опрокидыванием (устойчивостью) ящика, базовой является задача на определение сон,, необходимой для поднятия груза посредством коленчатого рычаге. Успеху в обучении определению числа молекул, исходя из

площади моноколекулярного слоя, способствует изучение аналогичной задачи в одном измерении. Далее усвоенный способ учащиеся легко переносят на плоскость, а затем - ка пространство для определения количества атомов в данном теле или элементарных ячеек в кристаллической решетке, что позволяет рассчитать постоянную решетки.

"Классически" физическое понятие обычно дается в виде . определения, сопровождаемого формулой. Но методику его изучения надо строить так, чтобы содержание понятия раскрывалось в процессе непосредственной деятельности в решении учебной задачи. Справившись с заданием - построить линии вектора напря-напряженности Е как предела, к которому стремится ломаная линия, учащиеся лучше стали понимать смысл понятия силовой линии.

Эксперименты показали, что для формирования понятия ускорения весьма полезны упражнения с базовыми задачами, требующими определить изменение какой-либо величины за единицу времени. Например, после предварительного, причем самостоятельного решения базовой задачи на расчет того, на сколько изменяется за единицу времени объем воды в баке, а также после ознакомления с другими подобными задачами, учащиеся У-У1 классов без труда рассчитали ежесекундное изменение скорости автомобиля. Правда, при этом им не сообщали, что полученный результат называется ускорением. В такой методике особенно нуждаются учащиеся IX класса, для которых понятие ускорения представляет определенную трудность.

Идеализация и редукция ускоряют качественный анализ задачи. Редукционный прием позволяет упростить "сюжет" задачи, но не нарушая ее основное содержание. Это дает возможность подвести задачу под базовую.

К методу гипотез прибегают, когда искомая величина явно не выражена, а область, к которой она принадлежит, довольно широка. Что из себя представляет результат решения - можно лишь предполагать. В качестве гипотезы об искомой величине выступают возможные варианты ситуаций, следствия, к которым приводят дедуктивные рассуждения на основе условия задачи. Когда нужно найти ускорение двух тел, связанных нитью, перекинутой через блок, установленный на вершине двух плоскостей, на которых находятся эти тела, необходимо предполагать, какое тело перетягивает другое.

Мысленный эксперимент представляет собой совокупность мыслительных действий с моделью рассматриваемого в условии задачи объекта. Данный метод используется буквально в поиске решения любой задачи. При определении того, разорвется ли при понижении температуры толстый стальной стержень, концы которого прочно заделаны в бетонные стены, один конец стержня мысленно освобождаем от связи и даем ему возможность сократить свою длину вследствие охлаждения. Затем, также мысленно, растягиваем стержень и закрепляем его свободный конец со стеной. После этого рассчитываем возникшее в нем напряжение и сравниваем его с пределом прочности данного материала.

3. Частнонаучные методологические принципы, подходы основаны на частнонаучных и специальных методах познания. Значительным методологическим потенциалом в преломлении теоретических знаний в способы действий обладают физические принципы.

В общем и в физической науке нет единого взгляда к понятию принципа. Ряд физиков (П.Дирак, А.Траутман) считают, что противоречия между теорией относительности, гравитацией и квантовой теорией в определенной степени обусловлены неразработанностью понятия принципа в теоретической физике.

В наших исследованиях данное понятие используется главным образом в философском смысле - в нем преобладает регулятивная сторона.

В научном познании основную методологическую нагрузку несут физические принципы симметрии пространства и времени, относительности, эквивалентности инертной и гравитационной масс, суперпозиции электромагнитных полей и квантовых состояний, неопределенности, наименьшего действия, принцип соответствия (Бора), принцип запрета (Паули) и т.д., которые оказывают значительную эвристическую помощь в выборе метода познания, решения задач и методических разработках.

Ряд физических принципов обладает концептуальным содержанием, как концепция взаимодействия, корпускулярно-волнового дау-лизма, молекулярно-кинетическая концепция.

"Золотое" правило механики следует из принципа возможных перемещений. Оно имеет не только прикладное значение, но является средством в формировании и расширении ряда понятий: работы, энер-

гии, КПД механизма и т.д., решении задач на расчет наклонной плоскости, рычага, блока, ворота, домкрата, клина, ьинта, но пользуясь данным правилом в форме, близкой к принципу возможных перемещений. Желательно придерживаться при этом определенного порядка:

I/ определить силы, под действием которых механизм находится в равновесии;

2/ мысленно привести механизм в небольшое движение и найти перемещения точек приложения этих сил;

3/ написать уравнение, пользуясь "золотым" правилом, и ре-шть его относительно искомой величины.

А/ произвести исследование и проверку результата решения.

Учащимся, проявляющим повышенный интерес к физике, желательно средлояить задание установить общее между "золотым" правилом и условием равновесия рычага. Школьники с большим желанием доказывают, что правило моментов вытекает из принципа сохранения энергии, частным проявлением которого является "золотое" правило.

Обобщение подобных правил подготавливает учащихся к овладению более мощным методологическим средством решения теоретических проблем и практических задач - принципом возможных перемещений, наименьшего действия и т.д.

Принцип Ферма также относится к вариационным принципам. Луч света "выбирает" в среде, встречая препятствие /отражение, преломление/ наикратчайший путь, а стало быть, совершает движение за наименьшее врет. Принцип применим не столько в расчетных задачах школьного курса физики, сколько для построения хода луча в оптических системах.

Ознакомить учащихся с данным принципом необходимо путем обобщения законов преломления, отражения и обратимости световых лучей, симметричности изображения и объекта в плоском зеркале.

Принцип универсален - его можно применять и к механическому движению, например, при выборе траектории из возможных так, чтобы движение занимало самое короткое время.

Принцпп независимости действия. Если на материальную точку одновременно действует несколько сил, то каждая из них сообщает точке ускорение, определяемое вторым законом Ньютона так, как если бы других сил не было.

Можно сказать, что принцип суперпозиции электрических и магнитных полей, поля тяготения следует из данного принципа. То, что налагаемые поля не оказывают влияния друг на друга, и дает возможность складывать их векторные характеристики геометрически.

В общем случае этот принцип можно назвать принципом независимости действий: результат, достигаемый при совместном выполнении двух действий,, такой же, если бы каждое из них совершалось в отдельности. Аналогичным свойством обладает сложение перемещений. В каждый момент времени ИСЗ движется прямолинейно и касательно к орбите вследствие инерции, но одновременно падает к центру бемли. В результате сложения двух таких движений получается круговое. Посредством данного принципа нами получено выражение для центростремительного ускорения.

Принцип наложения токов, посредством которого можно рассчитывать разветвленные цепи, пользуясь лишь законом Ома для полной цепи, минуя законы Кирхгофа, также можно рассматривать как разновидность принципа независимости действий: каждый источник ЭДО создает в участках цепи токи независимо от других источников. Однако следует иметь в виду, что принцип независимости действий справедлив лишь для линейных систем или в линейном приближении.

Принцип симметрии подсказывает важное правило для анализа условия задачи: при изучении явлений, состояний объектов, необходимо установить различия между ними, а затем раскрыть их тождественные стороны. Симметричные элементы конструкции подвергаются одинаковым усилиям. Симметрия в электрической цепи облегчает построение ее более простой эквивалентной схеш и ее расчет.

?.!етод зеркальных отражений упрощает вычисление поля, образованного свободными и наведенными в проводнике зарядами.

Все физические процессы в консервативных системах симметричны относительно обращения движения и времени. Этот принцип позволяет упростить главную задачу механики, например, рассчитать траекторию тела, брошенного с высшей точки шара в заданный п)нкт на ос;-.ге легче, чем в обратном напсавлении.

'принцип относительности, инерции, сохранения энергии, запрети, К1:.ч;:м\мп потенциальной энергии и др. являются мошннм мето-

дологическим инструментом в преломлении теоретических знаний в способы познавательной и практической деятельности.

Кроме физических принципов в качестве методологических установок служат другие стороны физических тел, их свойства, например, свойство центра массы (инерции), мгновенной оси качения и др. Рассмотрение качения как поворот около мгновенной оси позволяет объяснить природу трения качения, поведение игрушки-"неваляшки", "послушной" катушки, рассчитывать скорости точек колеса относительно земли и т.д.

Дискретные характеристики объектов могут подсказать прием сценки размеров и масс небольших тел, молекул, расчет силы тока в электролитах я газах.

4. Некоторые математические приемы. Конечно, математических методов огромное множество. В диссертации рассматриваются лишь некоторые из них, которые привлекли к себе еще недостаточное внимание.

Идея линейной зависимости (в известных пределах) между величинами более плодотворна при формировании различных понятий:коэффициента упругости, линейного и обьемного расширения, температурного коэффициента электрического сопротивления и др., когда физические константы изучаются на основе закономерности. Этот подход, как показали эксперименты, намного эффективнее, чем при формировании понятия путем определения.

Прием усреднения позволяет находить некоторые величины: путь, работу, ЭДС индукции или инерции (во вращавшемся металлическом диске), когда скорость или сила изменяются линейно. Прием позволяет избегать интегрирование.

Прием пределов. Содержание понятия предела может оказать значительную помошь при расчете ряда величин, например, среднего числа атомов в ячейке кристаллической решетки. Данный метод - прекрасное средство на этапе проверки и исследования результата решения множества типов задач, например, расчета слоя-ной электрической цепи.

На примерах решения основной задачи механики в случае переменной силы, ряда типов задач на движение тела в вязкой среде, на расчет силы тока в цепи с индуктивностью и активным сопротивлением, расчет поля, образуемого системой зарядов, построение линий поля и т.д. описывается методика овладения умением пользоваться численным методом, хотя образцы решения ряда задач донны;; методом описывается в литературе (РЛейнмоя, А.А.Пипекяй,

Б.А.Орлов). Стержнем данной методики является обучение школьников преобразованию непрерывной величины в дискретную. Кроме того, они должны владеть умением составлять блок-схему, разрабатывать алгоритмы решения и реализовывать их на каком-нибудь машинном языке.

5. Методологические средства, правила и приемы, приобретаемые опытным путем. Многие правила деятельности и поведения человек приобретает в повседневной жизни,вырабатывает на собственном опыте. Ряд таких правил, например, мнемонические (правила буравчика, левой руки и т.д.) способствуют запоминанию теоретических знаний и облегчают применение их на практике.

Следует заметить, что рассмотренные методологические принципы, установки и подходы образуют систему рядоположенных знаний в смысле их служения в качестве средств формирования способов учебной деятельности.

Исследовано соотношение между общим и частным методами. уточнено понятие частного метода (использование специфических свойств, сторон объекта, его преобразования). В формировании практических умений общие и частные методы необходимо сочетать рационально. Когда обучение общему методу требует много времени, более важен результат деятельности, чем ее способ, то предпочтителен частный метод. Систему уравнений решать всегда в общем виде громоздко. Общее решение некоторых дифференциальных уравнений равно сумме частных решений. Частные методы служат также средством проверки общего метода.

Рассмотрен критерий выбора метода, подхода к преобразованию знаний в приемы действий. В качестве такого критерия служат информативность и рациональность результата деятельности. Расчет электрической цепи на основе понятия потенциала более информативен, чем при построении эквивалентной схемы, но вместе с тем, трудный и дорогой - информация даром не дается, второй способ отличается рациональностью, лучше подходит к обучению сборке электрических схем, ориентирует на профессионализм. Силовой подход к расчету сил дает больше дополнительных знаний, чем энергетический. Но второй способ более рационален при нахождении величин, входящих в закон сохранения энергии. Например, если шайба, соскальзывающая с горки, попадет на шероховатую доску, лежащую на длинной пластине, то для вычисления скоростей всех тел достаточно написать и решить два уравнения по законам сохранения. А чтссн кпчти эти во.'ц.чины посредством законов Ньктсна, требуется

около десяти уравнений. Ке случайно, что большинство решгвших данную задачу на основе силового подхода потерпело неудачу.

Далее (Ш глава) изложены методические основы реализации концепции перехода от знаний к умениям в обучении применению таких элементов теории, как понятия и законы, описывается система регулятивных принципов, включающих в себя две подсистемы:

1. Указания, рекомендации, советы и т.д., способствующие организации познавательной деятельности школьников главным образом по применению физических понятий к описанию и объяснению явлений, к решению учебных задач.

2. Правила, алгоритмы, приемы, управляющие практической деятельностью преимущественно по применению физических законов и принципов.

В решении задач, конечно, наибольшее применение имеют законы, принципы, теории. Правила применения законов одновременно выступают и в качестве алгоритмов. Правда, понятие алгоритма мы понимаем шире. Он содержит больше действий, часть которых связана с организацией самого процесса решения, проверки и оформления результата.

В диссертации приведены примеры рекомендаций и правил по расчету конструкций, по применению законов Архимеда, постоянного тока, электролиза, сохранения электрического заряда, импульса и энергии, правил Кирхгофа, Ленца и др.

Заметим, что на примере правила Ленца особенно четко видна ограниченность теоретического знания для его практического применения. Данное правило непосредственно не ориентирует на установление направления индукционного тока. Для этого правило необходимо преобразовывать в систему требований, в действительное правило по его применению в познавательной и практической деятельности.

Перед упражнениями по применению закона сохранения импульса учащиеся знакомятся с инструкцией, что при этом нет необходимости рассчитывать силы, с которыми взаимодействуют тела системы, а также время их проявления; выяснять, является ли система замкнутой хотя бы в каком-либо направлении; когда процесс быстротечный (удар, взрыв), то систему, даже подвергаемую действию внешних сил, можно принять за замкнутую; закон применим и тогда, когда взаимодействие тел системы происходит с трением и остаточной деформацией, например, когда тела слипаются или сцепляются.

Из концепции следует, что нельзя

ограничиться преобразованием лишь физических законов в приемы действий, а необходимо переводить также на процессуальный уровень и другие элементы теории, в частности, понятия.

Из определения понятия непосредственно не вытекает способ его реализации на практике. Конечно, содержание определения понятия в некоторой степени несет с собой подсказку, облегчающую его применение. Особенно таким свойством обладают генетические и операциональные определения. Несмотря на это, необходимо специально обучать школьников приемам действий по применению понятий, но не всегда требуя заучивания последовательности их выполнения. Например, правило рассмотрения тела в качестве материальной точки включает пункты, указывающие, когда возникает такая необходимость, при каких условиях это выполнимо. 11о мере прохождения учебного материала указания уточняются и расширяются, приобретают более обобщенный вид. При изучении закона всемирного тяготения, центра масс, устойчивости тел вновь нужно актуализировать знания о понятии материальной точки и указания по его применению. Они вновь упоминаются во время изучения взаимодействия заряженных тел, закона Кулона и поля равномерно заряженной сферы.

Теория электрического тока в электролитах в физическом отношении проста: под действием электрического поля ионы металла перемещаются к катоду и после нейтрализации выделяются на нем. Как следует из концепции, способ действий должен соответствовать теории, например, чтобы наити массу выделившегося на электроде металла, массу одного его атсма нужно умножить на число ионов, прошедших через электролит. Аналогично находят количество заряда. Эти два действия вполне достаточны для практического применения теории электропроводности в электролитах - нет необходимости вводить понятие электрохимического эквивалента и законы Фарадея.

Понятие температуры относится к довольно абстрактным* Оно характеризует тепловое состояние тела, которое можно выражать посредством различных величин: средней кинетической энергией молекул, распределением молекул по скоростям, а также произведением объема идеального газа на его давление: рУ ~ 6. Если температура измеряется по шкале Кельвина, то из этой зависимости легко получить урсвгенпе Менделеева-Клагейроня, с.гужсг/.ее универсальным средством для практического применения - оно описывает все

изопроцессы в газах.

Для решения задач по кинематике достаточны соотношения, выражающие определения средней скорости и ускорения. Для равнопеременного двияенгя необходимо еще одно соотношение - признак равномерного изменения скорости: средняя скорость равна полусумме начальной и конечной скоростей. Остальные формулы выводные. Методика обучения решению кинематических задач должна опираться на эти три основных соотношения.

Системный подход требует единства функциональных и структурных свойств объекта. Это значит, что наряду с вопросами метода решения задач необходимо изучить и структурную сторону -классификацию.

В работе приведена более четкая классификация способов решения основной задачи механики: аналитического, графического, геометрического, фотографического /стробоскопического/, экспериментального и численного.

При классифккации задач, прежде всего, мы исходили из того, что явления могут быть изучены на уровне описания, объяснения и преобразования. Следовательно, все задачи можно подразделять на три множества:

1/ Вопросы и задачи, решаемые на описательном /эмпирическом/ уровне;

2/ На объяснительном /теоретического/ уровне, требуицем раскрытия сущности явления;

3/ На уровне преобразования знаний в приемы действий, самостоятельного конструирования способа деятельности, т.е. творчества. На данном уровне проявляется методологическая функция решения задач.

Для успеха в обучении решению задач необходам новые подходы, способы структурирования. На это претендует концепция перехода от знаний к умениям, взгляд на процесс решения как преобразование знаний в приемы действий - теория определяет метод решения задач, а методы - их типологию. Так, на основе такой зависимости можно выделять по крайней мере три типа задач на применение законов сохранения импульса: I тип -задачи на применение понятия импульса; П тип - на второй закон Ньютона, выраженный посредством изменения импульса;. Ш -па закон сохранения импульса. Вида задач ГС типа: 1-й вид на взаимодействие двух тел, покоящихся в начале относительно

рассматриваемой системы отсчета /Земли, центра массы системы/; 2-й на взаимодействие слипающихся, сцепляющихся тел при столкновении; 3-й - на определение перемещения центра масс системы тел; 4-й - на сочетание законов сохранения импульса и энергии /по желанию учащихся/.

Задачи на уравнение Менделееьа-Клапейрона делятся на следующие виды: графические задачи, расчет эквивалентной молярной массы смеси газов, производительности или времени действия насоса /компрессора/, сравнение двух состояний газа в изо-параметрических процессах, соединение баллонов, в которых газ содержался под различным давлением. Кроме уравнения Менделеева-Клапейрона для решения последних видов задач требуется исполь пользовать закон сохранения количества /массы/ газа.

В диссертации приводятся примеры типологии окольных физических задач и ее применения в формировании практических умений на основе изученной теории посредством методологических знаний.

Рекомендуемые методологические принципы целесообразно внедрить в практику различными способами. Часть из них, например, принцип Ферма, предназначена для учителей физики. Школьники обучаются ими пользоваться на уроках решения задач. Такие принципы долкны быть описаны в методической литературе.

Ряд методологических знаний /принцип идеализации, модельных гипотез, мысленного эксперимента и др./ должны найти свое место в школьных учебниках. В существующих учебниках физики они отражены весьма слабо. Правда, в учебнике "Физика и астрономия" под редакцией В.Г.Разумовского и А.А.Пинского эти пробелы устранены значительно.

Для формирования познавательных и практических умений в обобщенной форме необходимы три этапа:■

I/ Формирование развернутого способа деятельности, овладение системой методологических принципов по преобразованию теоретических знаний в приемы познавательных и практических действий?

2/ Овладение приемами, способами и образцами учебной деятельности, системой регулятивных принципов, правил и алгоритмов, умения.® по их выполнению,

3/. Сокращение, интеграция приемов действий, их обобщение на более высоком уровне; свертывание действий, формирование унифицированного обобщенно-свернутого способа действий, кото-

которым человек будет пользоваться в сЕоей дальнейшей практической и профессиональной деятельности. Для этого учащихся необходимо знакомить с примерами обобщения более высокого порядка, например, обобщенным законом сохранения, с обобщенными правилами их применения:

1) установить замкнутость системы;

2) определить величины, характеризующие начальное и конечное состояния системы;

3) написать уравнение на основе закона сохранения для этих состояний.

Обобщение способов деятельности на более высоком уровне может быть реализовано на основе аналогии явлений в геометрическом, кинематическом, динамическом, энергетическом и др. отношениях. Ярления испарения, термоэлектронной эмиссии, фотоэффекта и т.д. подобны между собой в энергетическом отношении, а также в механизме процесса, и поэтому могут быть обобщены в едином подходе, описываемом уравнением

Е = ш V г /2,

где Е - энергия, переданная частице, молекуле, электрону, фотону, когда они находятся внутри конденсированной среды, Ае-<-работа выхода, которую должна соверкить частица, чтобы выйти из среды, преодолев потенциальный барьер, шуг/2 - кинетическая энергия частицы, которой она обладает после выхода. Условие протекания данного класса явлений Е > А<1>1* .

Из выше сказанного следует, что полный обучающий комплекс включает в себя четыре структурных единицы (см.Приложение 1,2):

1) Систему операционных теоретических знаний ,

2) методологических принципов, советов, указаний,

3) регулятивных принципов, правил и алгоритмов,

4) положительных мотивов учения, эмоциональных установок, познавательных интересов и любознательности.

Основная цель педагогического эксперимента /гл.1У/ заключалась в проверке того, подтверждается ли гипотеза о том, что для формирования знаний и умений применять их в познавательной и практической деятельности необходимо вооружить учащихся методологическими принципами и установками в той форме, в какой они предлагаются в наших рекомендациях.

В ходе эксперимента одновременно определялось, в каких видах и в каких моментах учебной деятельности наиболее рзциональ-

но использовать методологические знания и вооружить ими учащихся, в каких пособиях., в какой форме предпочтительнее преподносить школьникам эти знания: в учебнике, сборнике задач, учебных программах, методических пособиях для учителей.

Одновременно результаты эксперимента могли свидетельствовать об эвристическом потенциале концепции дидактического единства знаний и умений, которой мы руководствовались в теоретических и экспериментальных исследованиях по решению поставленной перед нами проблемы установления закономерностей перехода знаний в умения, чтобы реализация этих закономерностей в методике привела бы к существенному повышению эффективности обучения школьников применению знаний.

Экспериментальная проверка выдвинутой гипотезы, рекомендуемых методов и методики обучения применению знаний теории, решению школьных физических задач проводилась в течение многих лет, и ею было охвачено более двадцати городских и сельских школ. Немало ценного мы получили, изучая и обобшая олимпиадные работы школьников на республиканском туре.

Учителя, проявившие интерес к концепции дидактического единства знаний и умений, к методике формирования умений применять знания на ее основе, пользовались нашими методическими указаниями, опубликованными в научно-методических журналах, пособиях, в т.ч. центральных.

Обращалось внимание на условия и методику эксперимента с целью обеспечения объективности результатов. £ля этого применялись различные методы экспериментального исследования: метод различия (обучение в экспериментальных классах велось по новой методике, а в контрольных - без вмешательства); метод сходства, когда один и тот же класс или группа учащихся обучались в начале в контрольном режиме, а затем - в экспериментальном; практиковался перекрестный эксперимент и т.д.

■ Степень формирования умений у школьников устанавливалась преимущественно на основе их письменных работ, выполнения заданий из одного и того же пособия, главным образом из "Контрольных работ по физике в У1-Х классах" [Э.Е.Эвенчик, С.Я.Шамаш].

В качестве результатов эксперимента выступало количество решенных задач школьниками, верных ответов на поставленные вопросы, правильно выполненных действий в составе способа деятельности, указаний, правил и алгоритмов.

Как в экспериментальных, ток и в контрольных классах и груп-

пах обучение вел один и тот же учитель физики, чтобы не сказывались на результатах личностные качества экспериментаторов.

Эксперимент по выяснению умения школьников самостоятельно фиксировать порядок действий по применению знаний на практике носил преимущественно констатирукетй характер. Из результатов эксперимента следовало, что без специального обучения учащиеся затрудняются самостоятельно выделять элементы действий, структуру деятельности по применению теории. Например, из 201 школьника ни один не смог описать порядок действий по применению законов сохранения (энергии, заряда). Под системой действий школьники понимали обычно формулировку самого закона. Такой неожиданный итог как для автора, так и для самих учителей лег в основу нашей проблемы.

Эксперимент по установлению эффективности рекомендуемой методики формирования умений проводился посредством разработанных нами методических и учебных материалов. Часть методологических знаний, ориентирующих на изучение физических понятий и законов, учителя в экспериментальных классах использовали при объяснении учебного материала. На этапе закрепления изученного и проверки его усвоения применялись указания, направляющие на практическое использование знаний. С приемами действий учащиеся знакомились во время демонстрации учителем образца решения. Ряд методологических указаний вместе с заданием предлагались для изучения в домашних условиях.

Результаты, достигнутые при обучении применению знаний по рекомендуемой методике, существенно превышают показатели контрольных классов. Например, по кинематике при решении основной задачи механики число оценок "4" и "5", полученных в экспериментальных классах (здесь приведены данные лишь для 118 учащихся), составляет 56 %, а в контрольных ( 115 учащихся) - 34 %.

Доказана достоверность полученных результатов. Уровень знаний и умений в обучении возможно измерять лишь качественными показателями, шкалой порядка. К таким показателям применимы непараметрические критерии. С помощью хи-квадрат на уровне 5 % значимости (при надежности 95 % ) доказана независимость экспериментального и контрольного обучения, о чем свидетельствуют результаты математической обработки данных, приводимые ниже.

70 ■ < 60-^ 50-

^ ?о-%

Ч 20-

I 10'

I ¿7

Уровень усвоения кинематики в экспериментальных и контрольных классах

59

59

□ контрольные ЕШ экспериментальн.

24

I

22.

10

—[- -1- -г

„Плохо" „Удодл." „Хорошо" „Отлично"

Частоты- f а ^ сопоставляемых выборок

Группы Число уч-ся 2 3 4 5

Экспериментальн. 118 5 46 40 27 и

Контрольная 115 8 [ 68 27 12 и

Вычисление хи-ивадрат

и и и-г. <и-иг 1.* и

2 5 8 -3 9 II 0,82

3 46 68 -22 484 114 4,24

4 40 27 13 169 67. 2,52

5 27 12 15 225 39 5,76

2 + = 13,34. Значение хи-квадрата в дове-

рительной границе о ос= 0,05 (табличное значение) для распределений со степенью свободы г = 3 составляет 7,81 : = 7,81. Таким образом, %г > %гл , т.е. выдвинутая гипотеза подтверждается с большой вероятностью.

Такого же характера результаты получены при изучении других разделов и тем курса физики, решении задач в других школах и

училищах. Например, по применению законов всемирного тяготения и Ньютона составил 13,60 и 9,13 соответственно.

Экспериментально исследованы возможности самостоятельного переноса способа действий на аналогичную ситуацию в условиях отсутствия подсказки о существовании аналогии. Результаты показали, что школьники сами по себе слабо обнаруживают идентичность способа деятельности в аналогичных ситуациях. Необходимо специальное обучение, чтобы развить умение по сравнению, нахождению сходства и различия, выработать привычку задавать вопрос: где я встречал подобное явление, задачу и способ ее решения?

Эксперимент по формированию умения переноса способа решения в условиях наличия информации о существовании аналогии имел целью проверить, как способ деятельности, решения новой, но простой модельной задачи школьники переносят в аналогичную ситуацию при наличии требования установить сходство между задачами предложенного множества. Учащиеся (УП класс) рассчитывали изменение какой-либо величины: объема или массы жидкости, температуры, количества страниц заученной поэмы и т.д. за единицу времени, когда известны исходное и конечное ее значения. Большинство (81 %) учащихся самостоятельно нашло способ решения базовой задачи и более успешно (68 %) применило его к расчету ежесекундного увеличения скорости. В контрольных классах с этим справилось лишь 47 % принявших участие в эксперименте.

По итогам эксперимента, который все еше продолжается, можно сделать вывод о существенном влиянии реализации концепции дидактического единства знаний и умений на обучение применять знания теории в познавательной и практической деятельности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. На основе анализа качества преподавания и уровня подготовки школьников поставлена методическая проблема повышения эффективности обучения посредством актуализации методологической функт ции теоретических знаний, получаемых школьниками. Показано, что ее решение в целом обеспечивает не только более высокий уровень знаний школьников, но и развитие их познавательных и творческих способностей. Сформулирована теоретическая концепция дидактического единства знаний и умений.

2. Решена важная часть этой проблемы - разработана методологические основы формирования практических умений школьников в

процессе обучения физике. Показано, что знание теории не является достаточным условием овладения практическими умениями. Лля этого необходимо еще на основе знании теории найти методологические принципы, позволяющие выработать приемы и способы познавательных и практических действий.

Соискатель определяет их в следующих категориях: I) общие методологические принципы; 2) частнонаучные методологические принципы; 3) общенаучные метода; 4) практические приемы и способы (практический опыт). Они служат средством трансформации теории в регулятивные принципы. В качестве таковых рекомендуются обобщенные планы, схемы, правила и алгоритмы.

3. На основе сформулированных принципов разработана конкретная методика обучения школьников знаниям научной методологии и применения этих знаний в процессе обучения физике. Кроме того, определена важная дидактическая функция решения задач как метода обучения, которая состоит в том, что этот метод используется не только для углубления и закрепления знаний, но и обучения методологическим знаниям, организации познавательной деятельности школьников, развитию когнитивных и творческих их способностей.

4. Определены основные этапы формирования практических умений на основе знаний теории, а именно: I) формирование развернутого способа деятельности, овладение системой методологических принципов и умением преобразовывать знания теории в приемы познавательных и практических действий посредством этих принципов;

2) овладение приемами, способами и образцами учебной деятельности, системой регулятивных принципов, правил и алгоритмов, умениями по их выполнению, переноса их на относительно новую, измененную ситуацию; 3) сокращение, интеграция способа действий, их обобщение на более высоком уровне, свертывание действий, формирование унифицированных приемов, которыми человек будет пользоваться в своей дальнейшей практической и профессиональной деятельности.

5. Разработаны рекомендации для авторов программ и учебников по ознакомлению учащихся с системой методологических принципов, указаний и рекомендаций, чтобы в процессе обучения можно было проследить за преобразованием знаний теории в регулятивные принципы, приемы действий. Автору учебника нельзя ограничиваться лнсь изложением понятий, законов и т.д., он должен указать, кроме того, как их нузно применять на практике, посредством каких прлгуов действий.

6. Экспериментально установлено, что'наиболее эффективным средством формирования практических умений является метод базовой (модельной) задачи, разработанный на основе аналогии . Данная методика способствует не только приобретению умений решать сравнительно трудные задачи (на опрокидывание, определение размеров малых тел),но и формированию ряда физических понятий, например, ускорения, объяснению явлений, свойств физических объектов (мгновенной оси качения, центра массы и др.).

Нахождение базовой задачи к каждому типу школьных физических задач я разработка методики обучения ее решению представляют собой важную проблему в методике преподавания физики.

7. Система по формированию умений применять понятия и законы должна включать в себя четыре структурных подсистемы: I -операционные знания теории, П - информацию о приемах и способах деятельности, Ш - методологические знания и 1У - мотиЕационную сторону. Под руководством учителя школьник преобразует подсистему I во П посредством подсистемы Ш. Когда обучение организовано на творческом уровне, такое преобразование школьник выполняет самостоятельно.

8. Проведена многолетняя экспериментальная проверка и апробация основных положений диссертации, выдвигаемых на защиту. Показана теоретическая значимость и практическая ценность разработанной концепции и построенной на ее основе конкретной методики.

9. Проблема повышения качества знаний школьников, действенность умений применять теорию на практике решена применительно н преподаванию физики на основе решения задач как метода обучения. Но исследование показало перспективность разработки этой проблемы и в общедидактическом плане. Она также может способствовать изучению механизма перехода от знаний к умениям в области педагогической психологии. Это требует всемерного развертывания теоретических и экспериментальных исследований на основе концепции дидактического единства знаний и умений, ее дальнейшего развития.

Основное содержание исследования отражено в следующих публикациях:

Книги и учебно-методические пособия

1. Свойства твердых, жидких и газообразных тел. М., 1965. 2,5 п.л.

2. садачи по физике. М.: Просвещение. 196?. 6,8 п.л.

-343. Вопросы и задачи для программированного контроля знаний по физике в У1 классе. Уфа, 1969. 3,2 п.л.

4. Практические занятия по физике в ВУЗе. Пермь. 1974. 3,0 п.л. В соавторстве с Э.Юамитовым.

5. Программированные материалы для проверки знаний в УП классе по физике. Пермь. 1977. 4,0 п.л.

6. Задачи по физике с техническим содержанием. М.: Просвещение. i960. 6,4 п.л.

7. Формирование познавательных и практических умений у школьников. Уфа. 1991. 8,2 п.л.

Статьи в журналах и сборниках

8. Задачи по теме "Тепловые двигатели" // Советская школа.-Казань. 1957. №4.

9. Методический анализ учебного материала и выбор приемов его изучения // Физика в школе. 1966. И 4.

10. О совершенствовании методики проверки знаний по физике. -В кн. "Новые идеи в преподавании методики йизики". М.: Просвещение. 1968.

11. Место задач с выборочными ответами в общей системе физических задач в средней школе. - В кн. "Материалы У Всероссийской конференции по применению технических средств и программированному обучению". И.1969.

12. К вопросу о методике решения задач с техническим содержанием. - В кн. Материалы научной конференции к 50 летию образования БАССР". Уфа. 1969.

13.. Республиканская физическая олимпиада // Учитель Башкирии. 1975. № 10. В соавторстве с Ф.Р.Юсуповой.

114.; Республиканская физическая олимпиада школьников // Учитель Башкирии. 1976. № 7. В соавторстве с Ф.Р.Юсуповой.

15. Физическая олимпиада школьников // Учитель Башкирии. I9S7. № 8. Соавторы Г.В.Иванова, Ф.Р.Юсупова.

16. Физическая олимпиада школьников // Учитель Башкирии. 1978. №11. В соавторстве с Ф.Р.Ссуповой.

17. К классификации физических задач. - В кн. "Межвузовский сборник научных трудов "Профессионально-педагогическая подготовка учителя физики". Ростов-на-Дону. В соавторстве с Э.Ш. Хамитовым.

18. Олимпиада по физике // Учитель Башкирии. 1979. К> 12.

19. Итоги физической олимпиады // Учитель Башкирии. 1980. № II.

20. К использованию учащимися неинерциальных систем отсчета // Физика в школе. 1981. >4.

21. Закон сохранения энергии как универсальное средство в решении физических задач // Учитель Башкирии. IS8I, ?г 12.

22. Психология решения проблемной задачи на уроках физики. Тезисы докладов к конференции "Проблемы формирования творческого мышления учащихся". Уфа. IS52. Соавтор Э.Ш. Хамитов.

25. Методика проверки и исследования результата решения задачи // Физика в школе. 1£Ь2. И 4.

à.4. »ести с вступительных экзаменов //Учитель Башкирии.1983.М.

25. Больше раскрывать содержание понятия силы при решении задач // Учитель Башкирии. 1983, й 10.

26. К вопросу о комплексном применении различных средств обучения. - В сб. тезисов к Всесоюзной кон$еренции по применению ТОО при МИФИ. M. 1984.

27. Система алгоритмов для решения задач по механике // Учитель Башкирии. 1984. № 4.

28. Движение на повороте // Физика в школе. IS84. № 4.

29. Задача Ф 890 /Двант. 1984. № 8.

30. Решение задачи Ф 890 // Квант. 1984. А5 12.

31. Формирование диалектико-материалистического мировозрения и понятия физической картины мира при изучении физики. - В межвузовском сб. "Активизация познавательной деятельности студентов при изучении йизики в педвузе". Ростов-на-Дону. 1983. В соавторстве с Е.Ю.Банюлюсом и др.

32. Формирование общих способов решения задач по физике. - В кн. "Учебная деятельность и творческое мышление". Уфа-Москва. IS85. Тезисы докладов к Всесоюзной научно-практической конференции по проблемам формирования творческого мышления. 26-28 сентября I9B5 г. В соавторстве с Э.Ш.Хамитовым.

33. Изучение энергетических характеристик электрического поля и тока //Учитель Башкирии. 1985. Jí II.

34. Physikalische Aufgaben zur Weltraumfahrt // Physik in der Schule. Berlin. -1985. -N6 ( Mit Prof. Dr. F. Bauer).

35. Математическое моделирование йизических явлений с помощью ЭВМ // Физика в школе. 1986. M 3.

36. Взаимосвязь между знаниями и умениями и ее использование в обучении физике // Учитель Башкирии. 1986. № 9.

37. Важный фактор интенсификации обучения // Советская педагогика. 1987. № 4.

38. Усилить практическую направленность обучения физике // Учитель Башкирии. 1987. № 8. В соавторстве с Г.В.Ивановой.

39. Определение числа атомов, приходящихся на ячейку кристаллической решетки // Математика в школе. 1988. № 4.

40. Концепция диалектического единства теории и метода как методологическая основа учебника. - В кн. "Теория и практика создания школьных учебников". Тезисы Всесоюзной конференции. M. 1988.

41. Развитие идеи Н.К.Крупской о взаимосвязи между теорией и методом, - В сб. тезисов Материалы научно-практической конференции. Горький. 1989.

42. Численный метод решения физических задач и его реализация на ЭВМ // Физика в школе. 1990. В 6.

43. Уровень знаний и умений абитуриентов по физике. Результаты вступительных экзаменов. Уфа: "¿агрифат ( Просвещение). IS92.