автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Проектирование целостной модульной технологии обучения физике на основе информационных моделей внутри- и межпредметных связей

Автореферат диссертации по теме "Проектирование целостной модульной технологии обучения физике на основе информационных моделей внутри- и межпредметных связей"

(

Гнитецкая Татьяна Николаевна

На правах рукописи

Проектирование целостной модульной технологии обучения физике на основе информационных моделей внутри- и межпредметных связей

Специальность 13.00.02-Теория и методика обучения и воспитания (физика в общеобразовательной и высшей школе)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Владивосток - 2005

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете

Научный консультант: доктор физико- математических наук, профессор

Афремов Леонид Лазаревич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Юдин Виталий Витальевич;

доктор педагогических наук, профессор Тесленко Валентина Ивановна;

доктор педагогических наук, профессор Бубликов Сергей Викторович

Ведущая организация: Московский педагогический государственный

университет (МГПИ им. В.И. Ленина)

Защита состоится «7» октября 2005 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.056.10 при Дальневосточном государственном университете по адресу: 690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8, ауд. 56

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале № 2 научной библиотеки Дальневосточного государственного университета.

Автореферат разослан «3 » августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Корнюшин П.Н.

////

Актуальность проблемы.' Уже в конце прошлого века в обществе наметилось противоречие между уровнем знаний, умений и навыков, приобретаемых потребителями образовательных услуг, и уровнем потребностей в этих знаниях, умениях и навыках, определяемых рынком труда. Это противоречие усиливается ярко выраженной тенденцией устаревания знаний, не удовлетворяющих быстро меняющимся технологиям во всех областях деятель-кости человека.

Развитие наукоемких технологий вызывает острую потребность в новых профессиях, что является причиной открытия большого количества новых специальностей в вузах и внедрения профильного обучения в средней школе. Вместе с тем возникает необходимость разработки рассчитанных на разное число часов обязательных учебных курсов, к которым относятся курсы физики, как для общеобразовательной школы, так и для естественнонаучных и технических специальностей вузов.

Проблема заключается в том, что сегодня в педагогической теории практически отсутствуют научно обоснованные подходы, позволяющие, без нарушения целостности содержания учебного курса, изменять объем учебного материала в соответствии с регламентированным учебным планом числом часов. Особенно остро эта проблема ощущается при конструировании содержания физического образования. Являясь инструментом формирования представлений об окружающем нас едином Мире, содержание курса физики, представленное в разном объеме на любом образовательном уровне (от школы до вуза), должно отвечать принципу целостности. Что нашло свое отражение в курсах физики различных уровней образования таких известных авторов, как: И.В. Савельев, А.Н. Матвеев, А.Д. Суханов, A.B. Астахов и Ю.М. Широков, предложивших свои курсы общей физики, а также, таких, например, как A.B. Перышкин, H.A. Родина, разработавших курс физики для 7-8 классов общеобразовательной школы. Тем не менее, приведенная проблема получает сегодня второе рождение.

Естественно, что нивелировка обозначенной проблемы сегодня в большой степени зависит не только от нахождения алгоритма формирования содержания физического образования, адекватного современным потребностям общества и личности, но и от способов и методов его передачи учащимся, то есть от образовательных технологий. В силу того, что современная образовательная технология по В.П. Беспалько является частью педагогической систе-

(*ОС ИАШКММЛЬНАЯ

мимти

мы, ее проектирование не может быть осуществлено независимо от других элементов этой системы. Современная педагогическая система представляет собой открытую динамическую систему, находящуюся под воздействием социальной среды. Именно социальная среда определяет социальный заказ, отраженный в целях и задачах физического образования, его содержании и образовательной технологии. Новые социально ~ экономические отношения, сложившиеся в нашем обществе, повлияли на цели и задачи на всех уровнях физического образования - от школы до вуза. Наряду с государством и обществом заказчиком образовательных услуг становится и личность. Что с необходимостью требует перехода к такой современной педагогической системе, в которой содержание физического образования, являющееся отдельным элементом содержания образования было бы связано с любым другим элементом педагогической системы совокупностью различных связей, в том числе и внутри - и межпредметных связей (ВПС и МПС), которые являются неотъемлемой частью педагогической системы. Поэтому, исследование внутри - и межпредметных связей должно предварять конструирование содержания физического образования. Переход к современной педагогической системе приводит к трансформации структуры ВПС и МПС не только за счет изменения внутри - и межпредметного содержания, но и за счет преобразования традиционной образовательной технологии, в которой отношения между преподавателем и учащимся являлись «субъект - объектными», к современной технологии, где приоритет отдан «субъект-субъектным» отношениям, о чем в педагогических исследованиях последних лет ведется оживленная дискуссия.

Формирование целостных представлений о природных явлениях и закономерностях, как отражение Единства Природы, требует целостности в процессе обучения физике. Понимая, что целостность процесса обучения физике определяется взаимосвязью элементов внутри - и межпредметного содержания образования (элементов структуры курса физики), форм, методов, дидактических процессов (элементов технологии обучения), то есть внутри - и межпредметными связями, построение образовательной технологии необходимо начинать с определения роли и места ВПС и МПС в учебном процессе. Глубокое исследование этих вопросов, продвинувших понимание ВПС и МПС на качественном уровне, было проведено известными педагогами Н.С. Антоновым, И.Ф. Бори-сенко, Ш.А. Бакмаевым^ И.И. Гайдуковьш, Ш.И. Ганелиным,

I 41

В.А. Далингером, Б.П. Есиповым, В.Ф. Ефименко, И.Д. Зверевым, Л.Я. Зориной, Т.А. Ильиной, В.Н. Келбакиани, Р.Ю. Кос-тюченко, П.Г. Кулагиным, И.Я. Ланиной, H.A. Лошкаревой, В.Н. Максимовой, В.Е. Медведевым, П.Н. Новиковым, П.И. Образцовым, И.Т. Огородниковым, A.B. Петровым, В.Н. Ретюнс-ким, H.A. Сорокиным, A.B. Усовой, В.Н. Федоровой, Г.Ф. Федо-рец, Н.М. Черкес-Заде, В.П. Шуманом, Е.И. Щукиной, В.Н. Ян-цен.

Следует отметить, что анализ содержания физического образования, форм, методов и дидактических процессов, проведенный на основе изучения внутри - и межпредметных связей, не может быть полным, если он не дополнен количественными расчетами. Ведь именно такой анализ позволит начать научно обоснованное построение целостной образовательной технологии. Отметим также, что отсутствие количественной теории внутри - и межпредметных связей является наиболее слабым звеном научного обоснования образовательного процесса и ставит под сомнение возможность такого обоснования. Поэтому, как это уже отмечалось В.В. Краевским, задача построения теории внутри - и межпредметных связей становится основной среди задач, предшествующих проектированию процесса обучения. Количественный подход к решению задачи о ВПС и МПС требует так переосмыслить их качественные определения, чтобы можно было выбрать математический формализм наиболее адекватный сути внутри - и межпредметных связей. Этот формализм должен быть инвариантен выбору типа связи, будь то внутри - или межпредметная связь, и допускать введение необходимых количественных и информационных характеристик, позволяющих рассчитать целостность изучаемых курсов, их связность, а также информационный объем внутри - и межпредметного содержания. Перечисленные характеристики, дополненные оценкой целостности использования форм, методов и дидактических процессов, могут быть также использованы для определения целостности образовательной технологии.

В качестве методологической основы данного исследования внутри - и межпредметных связей использованы философское представление связи теория древесных графов и положения классической теории информации. Интерпретация связи, как «...субстрата..., обеспечивающего перенос информации...», позволяет предположить, что учебная информация и технология ее переноса входят в структуру связи. Причем, во-первых, учебный материал должен передаваться дискретно, а размер порции меняться от раз-

дела, темы, параграфа до элементов знаний, умений и навыков. Во—вторых, должна быть сформирована система внутри - и межпредметных связей, реализуемых через элементы знаний, умений и навыков. В третьих, изучение каждой порции учебной информации в рамках единого дидактического цикла (модуля), должно содержать целостный набор различных форм и методов обучения, а также дидактических процессов, осуществляющих передачу порции учебного материала в соответствии с психологическим принципом. Согласно этому принципу «...содержание, которое в одной задаче является целью действия, должно войтй в последующую как способ или часть способов ее решения». Поэтому целостность образовательного "процесса предлагается поддерживать двумя составляющими: модульной организацией форм и методов обучения и формированием дидактических процессов и содержания внутри модуля на осйове системы внутри - и межпредметных связей.

Требование целостности образовательной технологии, знание системы внутри - и межпредметных связей необходимо использовать при проектировании любого курса физики для разных образовательных уровней (от школы до вуза) и профилей обучения. Поэтому исследование основ целостности технологии обучения физике и содержания физического образования, то есть внутри -и межпредметных связей в курсе физики, является, несомненно, актуальным.

Объект исследования. Процесс обучения физике учащихся разных возрастных групп и специальностей.

Предмет исследования. Технологические и теоретические аспекты целостности содержания физического образования.

Цель исследования. Разработка целостной модульной технологии обучения физике на основе информационных моделей внутри — и межпредметных связей.

Возможность достижения цели исследования подтверждалась проверкой следующих гипотез:

1. Процесс обучения физике будет более эффективным, если:

• обучение физике осуществляется с помощью целостной модульной образовательной технологии, проектируемой на основе системы внутри - и межпредметных связей.

• дидактические процессы, входящие в структуру проектируемой образовательной технологии, формируются с учетом внутри -или межпредметных связей, задающих маршрут переноса элемента знания, умения или навыка в структуре предмета.

2. Необходимый уровень целостности модульной технологии обучения физике может быть достигнут, если ее проектирование

осуществляется на основе информационных моделей внутри - и межпредметных связей.

Задачи исследования:

1. Выделив основные принципы обучения, разработать модульную технологию обучения физике, целостность которой обеспечивается системой внутри - и межпредметных связей.

2. Определить роль и место внутри - и межпредметных связей в структуре педагогической системы.

3. Определить структуру и содержание понятий внутри - и межпредметных связей, задать дидактические процессы на пространстве технологии обучения физике.

4. Построить графовые модели внутри - и межпредметных связей, определить их количественные характеристики, с помощью которых провести анализ содержания физического образования.

5. Используя характеристики внутри - и межпредметных связей, рассчитать целостность курса общей физики, его связность с курсом математического анализа, определить значимость физических и математических понятий, провести сравнение и оптимизацию различных курсов физики.

6. Построить информационные модели внутри - и межпредметных связей и исследовать с их помощью возможности восприятия учебной информации.

7. Разработать адекватный концепции целостной модульной технологии информационно-дидактический комплекс, основанный на информационных моделях ВПС и МПС.

Научная новизна исследования

1. Сформулировано определение внутри - и межпредметных связей, позволяющее представить их в виде ориентированных древесных графов.

2. Введены такие количественные характеристики как длина и сила связи, с помощью которых можно проводить анализ содержания курса физики;

3. Предложены количественные методы сравнения к оптимизации различных курсов физики, установления степов! "эачимо-сти физических и математич<ч*ких понятий.

4. Построена информационная модель внутри - и межпредметных связей.

5. На пространстве содержания физического образования определен оператор учебного процесса, 'позволяющий рассматривать учебный процесс как процесс перехода педагогической системы из одного состояния в другое.

6. Разработана целостная модульная технология обучения физике, где модуль рассматривается как единица педагогической системы.

7. Разработан количественный метод структурирования учебного материала физики и оценки его информационных характеристик (метод смысловых структур).

Теоретическая значимость работы заключается в расширении представлений о ВПС и МПС с помощью разработанной теория внутри - и межпредметных связей. Теория охватывает: выявление соотношения между понятиями педагогической системы и учебного процесса, на основе чего построен оператор учебного процесса, формулировку определений ВПС и МПС, позволяющих представить связи с помощью графовых моделей и ввести их количественные характеристики; разработку информационных моделей ВПС и МПС с соответствующими информационными характеристиками. Применение теорий древесных графов и информации к конструированию содержания физического образования открывает новый горизонт в способах описания процесса обучения физике.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработанные модели внутри- и межпредметных связей позволяют конструировать пространство содержания физического образования предваряя проектирование учебного процесса. Эту конструкцию можно не только оптимизировать с позиций целостности содержания учебного курса и его связности с другими, но и привести в соответствие с информационными ограничениями восприятия учебной информации. Даются количественные ориентиры для практической деятельности педагогов, занимающихся разработкой содержания образования. Кроме того, открываются возможности для перестройки практики обучения физике в рамках целостной модульной технологии. Примером чему могут служить сформированные для студентов - физиков, студентов - экологов, студентов колледжа (10 - 11 класс общеобразовательной школы), а также для учащихся 8-х классов информационно-дидактические комплексы по физике, в последнем из которых используется метод смысловых структур.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Целостность модульной технологии обучения физике, сформированной согласно основным принципам процесса обучения (целостности образовательного процесса; информатизации образования; индивидуализации образовательного процесса; единства тео-

ретических и экспериментальных навыков и умений и взаимообратной связи в образовательном процессе), обеспечивается системой внутри - и межпредметных связей. Учебная информация, формируемая на пространстве содержания образования, передается учащимся через внутри - и межпредметные связи с помощью технологии обучения, включающей дидактические процессы, формы, методы обучения и преподавателя.

2. Понятие «модуль» определяется как единица педагогической системы, содержащая все инвариантные элементы этой системы.

3. Оператор учебного процесса в структуре педагогической системы задается на пространствах содержания физического образования и технологии обучения физике с помощью внутрипредмет-ных и межпредметных связей.

4. Межпредметная (внутрипредметная) связь определяется как конструкция элементов педагогической системы, которая связывает элементы структуры межпредметного (внутрипредметного) содержания образования и состоит из:

• объекта связи - любого элемента знаний, навыков и умений, принадлежащего базовому (рассматриваемому) предмету и используемого в связанном (по крайней мере, в двух элементах его структуры);

• канала связи - одного или нескольких элементов образовательной технологии, адекватной предметам (предмету), между которыми (внутри которого) устанавливается связь.

Направление МПС задается выбором базового предмета - от базового предмета к связанному.

ВПС направлена от элемента структуры, в котором объект связи появляется впервые, к элементу структуры, с которым устанавливается связь.

5. Межпредметную (внутрипредметную) связь можно представить в виде древесного орграфа, корневой узел которого определяется началом формирования или использования элемента знаний, умений или навыков в базовом или связанном (изучаемом) предмете, а висячий узел - элементом структуры связанного предмета, в котором используется этот же элемент знаний, умений или навыков.

6. Методы, основанные на определении длины и силы связи, позволяют рассчитывать как целостность курса физики, так и его связность с математикой, устанавливать степень значимости фи-

зических и математических элементов знаний, умений и навыков, сравнивать и оптимизировать различные курсы физики.

7. Информационные модели внутри - и межпредметных связей, включающие их графовые модели и смысловые структуры, позволяют структурировать содержание учебного материала курса физики, проводить количественные оценки его информационных характеристик и формировать дидактические процессы целостной технологии обучения физике.

Апробация результатов исследования проводилась

за рубежом:

1996г. - г.Пекин, КНР (публикация); 1997 - г. Вэйл, штат Колорадо; США (доклад, публикация); 1998г. - г.Джуно, штат Аляска; США (доклад, публикация); 1999г.- Айдахо, штат Вайоминг (публикация), США; 2000г. - Мичиган, США (доклад, публикация); 2002г. - г. Брест, Белоруссия (пленарный доклад, публикация); 2003г. - г. София, Болгария (публикация); 2005г. -г.Феникс, США (доклад, публикация -СЮ);

в России

на международных конференциях:

1994г. - г. Находка Прим. края, 1995 - г.г. Москва, Новосибирск, 1997г. - г.г. Челябинск, Волгоград, Владивосток, 1998г. -г. Новороссийск, 1999 - г.г. Новосибирск, Владивосток, Самара, 2002г. - г. Ст. Петербург, 2004 - г.г. Москва, Пенза;

на всероссийских, региональных и межвузовских конференциях:

1993-2004 г. - г. Владивосток - г., 2000 г. -г. Москва, 2003 г. -г. Челябинск.

Личным вкладом автора является: 1. Определение на пространствах технологии обучения физике и содержания физического образования оператора учебного процесса, позволяющее установить роль и место ВПС и МПС в структуре педсистемы. 2.Формулировка следующих определений: модуля как единицы педагогической системы; технологии как совокупности способов изменения состояния педагогической системы; ВПС и МПС, как объектов, ответственных за перенос информации. 3. Разработка информационных моделей ВПС и МПС; введение количественных характеристик, позволяющих рассчитать связность и целостность различных курсов физики. 4. Разработка целостной модульной технологии обучения, включающая метод структурирования учебного материала и оценки его информационных характеристик, на

основе которого сформированы информационно-дидактические комплексы для учащихся как вузов, так и общеобразовательных школ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы (271 наименований), 56 приложений. Работа содержит 270 страниц основного текста, 35 рисунков, 43 таблицы, 6 диаграмм и 3 схемы.

Основное содержание работы. Во введении обоснованы выбор темы, ее актуальность, сформулированы, цель, объект, предмет, гипотеза и задача исследования, определены методологические и теоретические основы, методы исследования представлена научная новизна, теоретическая и практическая значимость и апробация результатов работы.

В первой главе определяется роль и место внутри- и межпредметных связей в структуре педагогической системы. Согласно В.П. Беспалько, педагогическая система (Pedagogical System- PS) представляет совокупность следующих инвариантных взаимодействующих элементов:

1. Учащиеся, их личностные особенности (Students - S);

2. Диагностируемые цели воспитания и обучения (Aims - >1);

3. Содержание обучения и воспитания (Contents - С);

4. Дидактические процессы как способы реализации целей и педагогического процесса в целом (Process - Р);

5. Преподаватели или автоматизирующие педагогическую деятельность технические средства обучения (Teachers - Т);

6. Организационные формы педагогической деятельности (Forms-F).

Педагогическая система является открытой динамической системой. Она находится под воздействием социальной среды. Социальная среда может воздействовать на педагогическую систему как через заказ, задающий систему целей, так и через любой ее структурный элемент.

В рамках традиционной модели педагогической системы (см. рис.1а) обучающийся выступает в роли пассивного объекта, на которого для достижения поставленных целей - создать специалиста по известному образцу - систематически воздействует активный субъект учебного процесса - обучающий (так называемое «субъект - объектное» взаимодействие).

Переход к современной модели педагогической системы выражается не только в изменении содержания ее элементов, но и в трансформации характера их взаимодействия. В отличие от традиционной в современной педагогической системе «Учащийся»

■уг

Дядактичес кие задачи

Техно дог* я

о6\чеки*

Социальна* среда

Соци*1ъная среда

разов аи ия

Д идактнчсскнс задачи

Т ехкол о ги я обучения

Социальная среда

Рис. 1. Модели традиционной (а) и современной (б) педагогических систем.

непосредственно взаимодействует практически со всеми ее элементами, что отмечено стрелками на рис. 1. Наряду с государством и обществом, личность («Учащийся») выступает заказчиком образовательных услуг. Через заказ он участвует в процессе задания как глобальных, определяющих личностно-ориентированную модель выпускника любого образовательного уровня, так и этапных, и оперативных целей. «Содержание образования», зависящее от заданной системы целей, формируется совместно с заказчиками - государством, обществом и личностью.

В отличие от традиционной модели в современной педагогической системе «Учащийся» в той или иной степени участвует в выборе образовательной технологии. Это, с одной стороны, реализуется через цели и содержание, и, с другой стороны, в результате взаимодействия с преподавателем.

На рис. 16 наглядно представлено «субъект-субъектное» взаимодействие преподавателя с учащимся, реализуемое в структуре взаимосвязанных элементов современной педагогической системы.

«Субъект-субъектное» взаимодействие, где и преподаватель и обучающийся рассматриваются как активные субъекты учебного процесса.

Отметим, что понятие учебного процесса не совпадает с понятием педагогической системы. Учебный процесс представляет собой процесс перехода педагогической системы из одного состояния в другое. Действительно, так как обучение осуществляется во времени, то вполне естественно ожидать, что структурные элементы педагогической системы являются функциями времени:

A = A(t), S = S(t), T = T(t), C-C(t), F = F(t), P = P(t) (1)

Педагогическую систему как любую динамическую систему нельзя рассматривать как совокупность независимых элементов. Согласно принципу системности элементы структуры (параметры) педагогической системы должны быть связаны между собой уравнениями связи:

A(t) = A(S(t), T(t), C(t), F(t), P(t), t)

S(t) = S(A(t),T(t),C(t),F(t),P(t),t)

T(t) = T(A(t), S(t), C(t), F(t), P(t), t) ^

C(t) = C(A(t), T(t), S(t), F(t), P(t), t)

F(t) = F(A(t), T(t), C(t), S(t), P(t), t)

P(t) = P(A(t), T(t), C(t), F(t), S(t), t)

Переход от одного образовательного уровня к другому представляет собой динамический процесс перехода педагогической системы из одного состояния в другое:

PS(t) =PS(A(t), S(t), T(t), C(t), F(t), P(t)) =>

=> PS(t + 5t) = PS( A( t + St), S(t + St), T(t + St),

C(t + St), F(t + St),P(t + St) ),

(3)

в ходе которого меняются все ее структурные элементы. Процесс изменения состояния педагогической системы является учебным процессом. Учебный процесс можно рассматривать как набор операций, с помощью которых и реализуется переход от PS(t) к PS(t + St) , то есть

PS(t + St) = fp{t,t + St)PS(t) (4)

где TP(t, t+St)— оператор учебного процесса. Отметим, что учебный процесс по способу организации во времени реализуется дискретно (St равно времени урока, темы, модуля, семестра и т.д.). Поэтому оператор fp(t,t + St) = fp(St) Должен быть определен на промежутке времени Кроме того, оператор учебного процесса необходимо определять на каждом из элементов педагогической системы. Попытаемся это сделать на примере «Содержания образования». В «Содержание образования», как и в содержание физического образования, входят:

1. «Содержание учебного материала», включающее знания, умения и навыки;

2. «Нормативные документы»: Госстандарты, учебные и календарные планы, рабочие программы.

Упростим задачу, приняв в качестве элемента содержания физического образования курс общей физики (КОФ), разработанный И.В. Савельевым. Знания, регламентированные Государственным образовательным стандартом, можно разложить по группам. Например, объединим, используемые в Курсе общей физики (КОФ), принципы, модели, теории, законы и понятия в группы

j£G"j (Element Group): jjEG^j _ группу понятий¡jfC^j — группу законов; j^G5 j— группу теорий; | £С*| — группу моделей и | £"GJ | - группу принципов. Здесь приняты следующие обозначе-

ния:у = 1,2.....,5 - номер группы, (I = 1,2,.....|-iv — номер элемента,

Hv— число элементов bv-й группе.

Проведем структурирование КОФ, выделив законченные по смыслу элементы структуры ES0> (Element Structure). Пересечение множества элементов структуры j ES(0^ с любым из множеств элементов знанийj делит ES(,) на mn ячеек (см- табл. 1), каждую из которых обозначим через у (EG^)- Будем считать, что ячейка J.(EGVM) заполнена (факт заполнения ячейки отмечен ромбиком), если в элементе структуры используется один из элементов знаний EGТаким образом, будем говорить, что на множествах и {EGVM\ определены элементы знаний, а, следовательно, и «Содержания учебного материала». Множества \f(EG'„)\_ \j'(EGJ„)\.....\j'(EGi)\,которые, как будет показано ниже, являются узлами ВПС, представляют пространство внут-

рипредметного содержания физического образования - ECf"1^ (Element Structure).

Если рассматривать учебный процесс как непрерывный переход от одного элемента структуры к другому, то оператор учебного процесса, задаваемый в пространстве содержания образования

определяется нормативными документами (Государственными стандартами, учебными и календарными планами, рабочими программами). Отметим, что в пределах одного раздела информация может как использоваться впервые, так и передаваться из другого. Передача внутрипредметной информации определяет внутрипредметные связи (ВПС) между разделами и, в конечном счете, целостность изучаемого курса. Таким образом, для задания в ЕС оператора учебного процесса, в дополнение к нормативным документам, необходимо указать ВПС реализуемые в структуре курса.

Пример, иллюстрирующий пространство внутрипредметного содержания образования и ВПС курса общей физики, представлен в табл.1.

Таблица 1

Распределение законов в традиционном курсе общей физики __(фрагмент)_

Ч СтружгтраКО* Г|упи»\ Мвишшш Нмяуцрют фчпимбим. Змкиуомогмлтяи Волны An.ii до Оты. мк М ВПС ОтN. аил ""I ВПС |

1яя-явт ш З-ш Дм (т Гро же V Шл. Ст. Гемм Я* Т, та Ст Ом»*»-тю ет эмп эмв Ат-аи ряяял 4т зт-тг V*

ВШ.р-М Вк |&«о Вир-Ю

№ Фрцдяымпялыпг» ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ

2 ♦ и 4 5 6 7 г Я 10 11 12 13 и 15 1« 17 18 19 20 1 _1

1 1 ы* закон Вышои т ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ «Г 1.оа _1Й

2 3-я с экран. »яергми ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ом 0,89

3 4 2 ой эахоя Ньютона Змсон софа» зардха ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ 0.27!

_5_ 3-я с охр пмпуяьса о _ ♦ ♦ _ _. _ _ _ ♦ 1Щ 0.24|

Т 3 я с охр кон. яма. — —1 — — - — — — — — — 0^11

8 Закан Кулана т ♦ ♦ ♦ ♦ н — — — — 0.Й1 0.11|

^ _1

I! 3-я всемирного тяг ! им ♦ ОН 0.081

16 1-ое вам термод-кн 1 V «Г 0,16 0.16

17 2-ое яая териед-к« ♦ ♦ ♦ | 0.1« 0Лб|

18 3-н тенл раясмсяя ♦ ♦ * 0.16 0 161

19 3 «в иач тер иод кя ♦ ♦ ♦ 0.16 □П|

20 3-яы ядемьясго газа ♦ 0,16 о.оа

21 3 я* закон Ньютона ш ♦ 0,11 0.1)

щ 3-я э маг ьяжух^ан _I _1 1 V 0,1) _0^1

т Зах«н Ом» ШНг ♦ - о.н 0 1

24 Закон Джоужя-Леица о.ц о"П

¿1 3 я Бно-Сварь-Лаоя [♦1 ♦ 0,05 0.051

Аналогичным образом можно определить межпредметное содержание, например, курса математического анализа, элементы знаний, умений и навыков которого используются в курсе общей физики. В этом случае пространство межпредметного содержания образования представлено множеством ячеек, изображенных в табл.2.

Посредством технологии обучения внутри - и межпредметная информация, реализуемая с помощью элементов знаний, умений и навыков, передается по связям во внутри - и межпредметном пространствах. Поэтому можно утверждать, что ВПС и МПС занимают центральное место в педагогической системе. Они конструируются из таких элементов педагогической системы, как «Содержание образования» и «Технология обучения». Прежде, чем перейти к детальному изучению природы связи, целесообразно определить способ ее реализации, то есть «Технологию обучения».

Таблица 2

Распределение математических понятий

в традиционном курсе общей физики

Клша г/яапашжл 8мян Лт.ш«. »-1 Оехмя я. аш см*

'■Зпхгжты №шяпйш лотка 1 | ы Ш 1 ч 1 1 1 ! г 1 I 1 1 ! £ 1 £ 1 8 1 6 к 1 1 1 л Ом* См Мгюа 1, 1 £ я 1 1 Л эм МММ» | 1 < 1 1 ж

ж

1 * I 9 1 1 1 ? 1 1 1 I

1 2 • 4 » П 1 • Г и в и И и и 17 и 1» С

1 ♦ ♦ ♦ к: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ * ♦ ♦ Ц» Ш

2 Папт яти янатш ♦ ♦ ♦ г ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ * 1,00 У»

1 ♦ ♦ ♦ г ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ 1,00 1,00

4 ♦ ♦ п * ♦ * ♦ ♦ ♦ ♦ * 1^0 щ

5 ♦ ♦ ♦ г: * ♦ ♦ ♦ * ♦ 1.00 о,я

« В)шшд»| ♦ ♦ г ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ 1,00 Ц»7

» Тщ- щГищМ ♦ г. ♦ ♦ ♦ ♦ Ц51

25 Спащк шкмш тшпяхя + ♦ г: ♦ ♦ ♦ ♦ ся М

"зП ТЪшмтц» аии^ ш ' — 1 ♦ Т ♦ ■ Т" ♦ ♦ 0.«

27 Дшкиоиф»^ ♦ т ♦ ♦ ♦ \ ♦ "¡55" тзг

Ц] _| _

37 ' Й1ЯИ _ И| ! Ц] ♦ НИ олз

"51 Оциаисю 11ПЩИИ111Г | ! 1 _1 1 033 ода

30 ■ Ядом» ♦ : ♦ ♦ * 0190 0,»

<0 Пижтчч • ■ ♦ — 1 ♦ "у] » ♦ ♦ МО цм

41 0С|тчи цшм чир ф-я ♦ ,0.90

♦ 1 1Я> ¡¡/¡л

I]

___ Йжягтя+п» "> ' 0Д5 ода

Вторая глава посвящена исследованию принципов процесса обучения. Понимая, что педагогические принципы - это принципы деятельности, представляющие собой наиболее общее нормативное знание, которое педагогика получает, когда она реализует свою конструктивно-техническую функцию, из многообразия известных принципов можно выделить пять.

Принцип целостности образовательного процесса, который определяется взаимосвязью элементов внутри- и межпредметного

содержания образования (элементов структурыда^), форм, методов, дидактических процессов (элементов технологии обучения), то есть внутри- и межпредметными связями.

2. Приннип информатизации образования предполагает: а) компьютеризацию процесса обучения, на базе которой можно существенно расширить выбор способов, приемов, темпа обучения, форм контроля знаний, методов управления процессом обучения с учетом индивидуальных особенностей студентов за счет: обучения с использованием электронных учебных материалов; автоматизации контроля усвоения знаний; моделирования и автоматизации эксперимента; индивидуализации обучения при решении различных задач; автоматизации вычислительных процессов и обработки эк-

спериментальных данных; б) обучение студентов умению ориентироваться в общем информационном пространстве и создавать личную информационную среду.

3. Принпип индивидуализации образовательного процесса определим как принцип такой организации учебного процесса, при котором выбор способов, приемов, темпа обучения учитывает индивидуальные различия учащихся, уровень развития их способностей к обучению.

4. Принпип единства теоретических и экспериментальных навыков и умений.

5. Принцип взаимообратной связи в образовательном процессе. Основу принципа составляет система действий, непосредственных и опосредованных взаимовлияний, подчиненных реализации следующих процессуальных компонентов: виды и формы учебной деятельности студентов; способы управления познавательной деятельностью; методы контроля знаний.

Перечисленные принципы, удовлетворяя критериям И.Я. Лер-нера, могут быть использованы при проектировании целостной модульной технологии обучения физике, которая рассмотрена в третьей главе.

Термин технология в области образования пока не имеет однозначного толкования. Разнообразные определения были даны В.П. Беспалько, В.Д. Шадриковым, М.В. Шепелем и другими. Если принять, что педагогическая система может находиться в различных состояниях, то под технологией можно понимать совокупность методов изменения состояния педагогической системы. Механизм смены состояний рассматривался в первой главе. Такое понимание технологии, согласуясь с общим понятием технологии как совокупности производственных методов и процессов в определенной отрасли производства, а также научное описание способов производства, позволяет сформулировать следующее определение: Образовательная технология - это совокупность взаимосвязанных средств, методов и способов обучения, обеспечивающих учебный процесс, в результате которого происходит переход педагогической системы из одного состояния в другое.

Современные образовательные технологии объединяет общая идея комплексного использования различных форм и методов обучения. Причем, наилучшее усвоение учебного материала происходит в том случае, когда каждый из его структурных элементов (блок, тема) изучается в рамках единого дидактического цикла,

состоящего из лекций, практических, лабораторных занятий, семинаров и других форм организации учебного процесса, а также комплекса форм и методов самостоятельной работы.

Такое структурное изучение учебного материала позволяет не только повысить качество обучения, но и решить многие задачи, связанные с совершенствованием обучения физике.

Построение образовательной технологии не должно противоречить психологическими закономерностями, характерными для учебного процесса. Психологические факторы эффективности учебного процесса определяют такую его организацию, которая во -первых, обеспечивает целенаправленное действие учащегося, что может поддерживаться использованием модульной системы при проектировании технологии. Во-вторых, в соответствии с психологическим принципом эффективности учебный процесс следует представить в виде системы действий, в которой каждое из предшествующих, ранее сформированных, становится способом осуществления следующего действия, что эквивалентно переносу внут-рипредметной и межпредметной информации. Отсюда возникает необходимость разработать систему учебных задач, то есть построить структуру материала так, чтобы обеспечить формирование нужной системы действий с этим материалом на основе выделения внутрипредметных и межпредметных связей, задающих маршрут переноса информации из одной учебной задачи в другую, что и составляет отдельный психологический принцип. Который назовем психологическим принципом отбора содержания, так как предлагается ключ к организации структурного элемента технологии обучения — дидактических процессов, с помощью которых реализуется построение связей внутри структуры модуля и внутри — и межпредметных связей в учебном процессе в целом. Например, элемент знания — сила Лоренца формируется в структурном элементе в рамках задач, рассматриваемых в «Динамике», и имеет определенный информационный объем, который включается в информационный объем другого элемента знания, например, силы Ампера в задаче другого элемента структуры

«Стационарное магнитное поле в вакууме» (см. табл. 1). Тем самым вскрывается ВПС между этими задачами (элементами структуры) через силу Лоренца.

Таким образом, технология обучения определяется способом передачи элементов знаний, умений и навыков студентзм, а именно:

формами обучения (лекция, решение задач, лабораторная работа и другие), объединенными модульной системой их организации и дидактическими разработками, выполненными на основе системы ВПС и МПС.

Технология строится в соответствии с требованиями системного подхода к организации учебного процесса. Вместо независимых занятий в лаборатории, практических занятий, семинаров и лекций предлагается изучать заранее вычлененные, органически взаимосвязанные вопросы теории и физического эксперимента в рамках модуля на занятиях, форма и последовательность проведения которых определяются целями модуля.

Определим понятие «модуль» как единицу педагогической системы, содержащую все инвариантные элементы этой системы: учащихся, цели обучения и воспитания, содержание образования, преподавателей, дидактические процессы, организационные формы обучения. Если первые три элемента определяют дидактическую задачу, то оставшиеся составляют педагогическую технологию.

I. Дидактические задачи каждого из модулей должны включать:

1. Систему диагностируемых целей обучения, как общих в целом для модуля, так и частных, определяющих знания, навыки и умения, которые должен приобрести учащийся в результате изучения отдельных тем модуля;

2. Структурируемое содержание, соответствующее целям модуля.

3. Учащиеся рассматриваются как активные элементы учебного процесса. Их деятельность максимально индивидуализирована и ориентирована на самостоятельную работу.

П. Технология обучения, адекватная системе диагностируемых целей, включает:

1. Формы обучения: одну - две лабораторные работы; самостоятельную работу по моделированию физических процессов и явлений на компьютере; лекции, коллоквиумы, практические занятия по решению физических задач, проведение семинара, завершающего модуль, а также глобальную контрольную работу по всем темам модуля (см. рис.2).

• Дидактические процессы, которые обеспечены системной организацией учебного процесса и управления. Пакеты методических материалов с рабочей программой, набором планов-вопросников по темам модулей выдаются всем учащимся в начале семестра.

К каждому вопросу плана-вопросника прилагается список рекомендованной литературы, содержащий до десяти наименований, с указанием соответствующих параграфов (разделов).

ТЕМА Законы электростатики. Силовая характеристика электростатического поля

№ этапа

1 2

3

4

Организационная форма занятия

Проведение опыта и теоретическая подготовка по _плану-вопроснику_

Коллоквиум

Лекция «Законы электростатики» Выполнение самостоятельного задания

Лекция «Напряженность электростатического ._поля»_ _

Самостоятельная работа «Компьютерное моделирование электростатического поля»

Лабораторная работа «Исследование электростатического поля»

Подготовка отчета по лаб работе Решение типовых и индивидуальных задач

К-во час

2 1 1

2

0,5

1,5

2 2

Место провед

Дома В классе В классе Дома

В компьютерном классе

Мини-ко! ггоольная и решение задач

В лаборатории Дома

В классе

Рис. 2. Дидактический цикл изучения темы модуля

Кроме того, в план-вопросник включается комплексное задание, состоящее из:

• написания конспекта по вопросам плана;

• выполнения самостоятельного задания по теме, форма и содержание которого определяются особенностями изучаемой темы;

• разбора «типовых» задач с использованием рекомендаций к решению, обозначенных в плане-вопроснике. «Типовые» задачи подбираются так, чтобы каждая из них была органически связана с группой вопросов плана;

• выполнения лабораторной работы и написания отчета;

• .выполнения лабораторной работы и написания отчета;

• моделирования физических процессов и явлений на персональном компьютере;

• подготовки к семинару, завершающему изучение модуля.

Управление процессом обучения обеспечивается его системностью в проектировании модулей. Проектом предусматривается контроль и коррекция самостоятельной деятельности учащихся на каждом этапе обучения. Разработана и внедрена рейтинговая система оценки деятельности учащихся.

Анализ соответствия традиционных и предлагаемых форм проведения занятий пяти основным принципам обучения показал, что традиционный процесс обучения физике частично противоречит этим принципам (см. табл. 3).

Таблица 3

Принципы организации процесса обучения

Критерии Лабор занят. Практ. занят Модульна я технологи я

Принцип целостности курса общей физики Критерии: • уровень сформированности взаимосвязи между разделами изучаемого курса, • корреляция с лекционным учебным материалом М М М

(-) (-) (+.-) (+) (+) (+)

Принцип единства теоретических и экспериментальных навыков и умений решать физические задачи. Критерии: • степень сформированности навыков и умений решать экспериментальные задачи, • степень сформированности навыков и умений вешать теоретические задачи. (+,-) (-.+) (+)

(+) (-) (-) <+) (+) (+)

Принцип индивидуализации обучения (+) м (+)

Принцип взаимообратной связи в процессе обучения. Критерии: » управление процессом обучения; • контроль знаний (+) (-,+) (+)

(+) (+) (-,+) (-,+) (+) (+)

Поинпип информатизации процесса обучения (+) (-) (+)

Принятые в таблице обозначения: (+) - выполнение; (■) -нарушение; (+,-) ~ частичное выполнение одного из перечисленных принципов в ходе реализации той или иной формы обучения.

Оператор учебного процесса на пространстве модульной технологии обучения задается, если регламентированные учебным планом дидактические процессы и формы обучения дополнены организацией целенаправленных действий учащихся в процессе обучения. Что подразумевает структурированный темами модулей комплекс дидактических разработок по представлению учебного материала в виде задач, вопросов, списка литературы, самостоятельных заданий, контрольных работ, тестов, заданий по компьютерному моделированию природных явлений и физических процессов.

Таким образом, построение целостной технологии обучения физике возможно, если целенаправленные действия учащихся поддерживаются модульной системой организации учебного процесса, а дидактические процессы строятся в соответствии с психологическим принципом, то есть на основе ВПС и МПС. Что согласуется с принципом целостности организации образовательного процесса и осуществимо при условии выяснения структуры и содержания внутри - и межпредметных связей, их роли и места в педагогической системе, наличия их определений и адекватных количественной теории моделей.

Разрешению этой проблемы и посвящена четвертая глава, в которой рассмотрены модели внутри - и межпредметных связей. В философии связь определяется как категория, позволяющая формулировать основные принципы сравнения элементов системы и оценки ее целостности. Причем сравнение представляет собой выявление общих и частных признаков у двух и более элементов. Поэтому природа связи обусловлена природой элементов и системы в целом, она проявляется при их взаимодействии. С этой точки зрения конкретная связь присуща каждому элементу данной природы в отдельности. Она является необходимым условием существования самого элемента. Следуя вышесказанному, нетрудно понять многообразие определений понятия МПС (более 30), в разной мере качественно характеризующих МПС. Из них можно выделить определение Н.С. Антонова, которое характеризует структуру МПС. В отличие от Н.С. Антонова, использующего элементы структуры содержания как объекты связи, под объектами связи будем понимать элементы знаний (понятия, законы, теории и т.д.), умений и навыков.

Передача межпредметной информации (объекта связи) от одного учебного предмета к другому реализуется с помощью форм, методов и методических приемов обучения (образовательной тех-

нологией), что эквивалентно организации информационного канала - канала связи.

Так как формирование межпредметной информации происходит в базовом предмете, то передача ее ¿вязанному и определяет направление МПС - от базового к связанному.

Таким образом, определим межпредметную связь (см. рис.3) как конструкцию элементов педагогической системы, которая связывает элементы структуры межпредметного содержания образования и состоит из:

• объекта связи - любого элемента знаний, навыков и умений, принадлежащего базовому предмету и используемого в связанном;

• канала связи — одного или нескольких элементов образовательной технологии, адекватной предметам, между которыми устанавливается связь.

Направление МПС задается выбором базового предмета - от базового предмета к связанному.

Рис. 4. Иллюстрация определения внутрипредметной связи

* канала связи — одного или нескольких элементов образовательной технологии, адекватной предмету, внутри которого устанавливается связь.

ВПС направлена от элемента структуры, где объект связи появляется впервые, к элементу структуры, с которым устанавливается связь.

Представление ВПС с помощью графа проведем на примере традиционного курса общей физики. Для чего воспользуемся подходом, который применялся для построения графовой модели МПС.

Структура внутрипредметного содержания образования курса

общей физики (КОФ) | Е8<1>] представлена в табл. 1. Под объек-

тами связи будем понимать элементы знаний (принципы, модели, теории, законы и понятия), навыки и убиения, принадлежащие и используемые в КОФ, которые объединим в соответствующие группы {}. Тогда, по аналогии с МПС внутрипредметные связи, реализуемые через объект связи ЕС^, можно представить как ориентированные помеченные древесные графы (т^ЕС^), имеющие своим началом помеченный (корневой) узел /к (Еб*) один и тот же для всех ВПС, реализуемых через £(т* Графы заканчиваются на узлах подмножества {./ (ЕС^)^ которые помечаются в случае использования в ¿-м элементе структуры ЕБ(1'.

Пятая глава посвящена определению количественных характеристик внутри- и межпредметных связей. Если принять, что Т1

- длительность изучения ¿-го элемента структуры Е8(>) . то время

образования помеченного узла ^(Ев^), отсчитываемое относительно начала изучения КОФ, равно:

(5)

Длительность действия I - ой МПС

+ = Д Тк (б)

можно рассматривать как характеристику длины МПС.

Для определения силы связи введем понятие эффективной длины МПС

р(^Ык(ЕОУ))Тк (7)

1 ^ к=кц кр I

Наличие разрывов, то есть таких элементов структуры КОФ, в

У

и

(а).

которых ЕСц можно определить следующим образом:

/•с **)/ в•r,,'

и т< (8)

где /„ [ех*( Ей^) - эффективная непрерывная длина МПС равна 1<Г><Е01>=± Р^Ы^^-К^ЕС;) (9)

Здесь - длина разрывов МПС:

КТ^Ф-Ть (10)

В соотношении (10) суммирование по к эквивалентно суммированию по не помеченным узлам 3^ (ЕС* ), которые находятся между двумя помеченными ¿¡с (Ж*?) и 3*(ЕйСила ЕС^)

является дифференциальной характеристикой МПС. Она определяет «взаимодействие» базового предмета (КМА) с элементом структуры связанного предмета (КОФ) посредством объекта связи . Для оценки связности двух предметов будем использовать такую характеристику, как сила связи двух предметов, реализуемая с помощью ЕС^:

Р^ес;)^^^) (и)

I

либо относительную силу связи:

г(ех)/ ! _ ) _ ЕС ) ___Г?(ех), пп V \ \т ¡л о\

( —д ¥иш (ЕС»^М (12)

Суммирование в (11) проводится по всем МПС, установленным посредством объекта связи Более общей характеристикой

связности двух предметов является полная сила МПС, обеспеченная элементами v - й группы

р^-тг^Щ) аз)

I

или относительная сила МПС v - й группы:

(ех) /г(«)

сила связи между базовым предметом и i — м элементом структуры связанного предмета, реализуемая через все элементы v - й группы

(15)

Ц=1

относительная максимальная длина МПС

^(EG^^^r-X^/h (16)

Р Tn(EG*) V k=i *

позволяющая сравнить МПС максимальной длины со

N

временем изучения КОФ — r( EGVM ) = . в формуле (16) ¿тох -номер элемента структуры, соответствующий межпредметной связи максимальной длины, установленной через EG4. По сути сила

связи между базовым предметом и i-м элементом структуры связанного предмета, реализуемая через все элементы n-й группы

F^ex\ является дифференциальной характеристикой связности

двух предметов.

Описанный выше способ определения количественных характеристик МПС можно использовать для определения подобных характеристик ВПС.

Так, длительность действия i - ой ВПС

\ /Щ;=t^EG^ » - th » = J+1 тк (17)

№

можно рассматривать как характеристику длины ВПС. В графовом представлении длина ВПС равна расстоянию от корневой до висячей вершины (длине основного маршрута) графа ВПС. Для определения силы связи введем понятие эффективной длины ВПС:

и эффективной непрерывной длины ВПС

Введенные параметры позволяют также, как и для МПС, определить силу внутрипредметной связи /£'"/( ), с« л у связи

F^m)(EGvM) между всеми элементами структуры КОФ, реализуемую через EGp, полную силу ВПС обеспеченную всеми элементами п-й группы Г*т)и их относительные величины, а также относительную максимальную длину ВПС

r(mhprv , V Т / V т

L (EG»)= T1N(EGvp) khT* <20>

Соотношения (5) - (20) можно значительно упростить, если принять, что структура КОФ однородна по времени и пропускной способности МПС и ВПС. Однородными по времени будем понимать такие структуры, длительность изучения каждого элемента

которых одинакова (Tt-1). Условием однородности структуры по пропускной способности МПС будем считать независимость

P¡m (^k(EG^)) от Времени> Или, по крайней мере, для двух каче-

-г •<

ственно отличающихся промежутков времени и

T0(i 5 '" rN • С учетом сделанного замечания определим пропускную способность МПС следующим образом: ^ > если

i < m^ и p2j если Отметим, что значение р2 ,

определенное методом экспертных оценок для КМА и КОФ в 2 раза больше рг Однородность же пропускной способности ВПС определим так: p(ex)(J.(EGvu)) = l.

Применение разработанной теории ВПС и МПС к решению различных педагогических задач изложено в шестой главе.

Анализируя распределение элементов группы законов в структуре традиционного КОФ (см. табл. 1), можно выделить элементы, имеющие лишь один помеченный узел (например, J¡4(EG-1) — закон Кюри - Вейсса). Назовем такие элементы локальными, все

остальные отнесем к нелокальным. Последние разделим на две части: фундаментальные, проявившиеся в каждом из пяти разделов КОФ, и нефундаментальные, не обладающие названным выше свойством. Легко заметить, что относительная максимальная длина фундаментальных объектов связи Ж?^ традиционного курса общей физики должна удовлетворять соотношению: ¿'п)(ЕС^)>0 68. Для современного КОФ (см. табл. 4) условие

Таблица 4

Распределение законов в структуре современного курса

общей физики (фрагмент)

Клак питая фпши Нвдшапиюя фготз Он пят От» шп

Фшппгщ 1 »11 н■■■ дмII | Отшивши | ммкяшй Кмяпмяфиж* Спяпгвамфлт

ОЬаешюгеж*!

Зош || 1 1? II Ь .1 п 1! п л 1\ и и л !! 1! !! I! 11 а п ¡1 и Й н н ! 1 I! И н 11 Н 1 т Й п 1| I! N п

1 з I 4 л б 7 1 1 » и 13 и 14 и и V и 19 я 31 зэ 33 И 1$ V Я * » »

» ПфпАмАот ♦ ♦ 4 4 « 4 « 4 4 4 ♦ ♦ 4 4 4 ♦ 4 4 4 4 ♦ • 4 4 « И й?

ПиЛци» * 4 4 4 4 4 4 102 №

3 4 • 4 * ♦ 4 4 4 3,1! ода

* 4 • 4 ♦ ♦ 4 4 4 ♦ 4 4 1 4 ♦ 4 4 ♦ 4: * 4 ' 4 ♦ 4 4 4 № №

Вмумм&к ■ 4 4 * 1 ♦ ♦ 4 4 4 4 4 4 1 ♦ 4 1 • 1» ИЛ 089

« Звша^ип ♦ ' ♦ 4 • 4 4 ; 4 ♦ 4 4 4 * 4 43 0,84

1 Зявкофвм* * ♦ 4 4 4 * 4 ♦I 4 ♦ 4 4 ♦ 4 М V*

» ♦ 4 « 4 ♦1* » 4 ♦ 4 0,12 ОД

I

и 1 4 4 4 4 4 11,1« 0,14

17 1-м ш «рнж. 1 4 ♦ 4 4 4 0,16 0,16

и ¿ммярм- 1 * 4 4 4 4 0.16 0.16

И иж щт. * 4 4 4 4 9.1« в,и

• * 3«Ж*Н«|Ш. ■ 4 4 оде ци

.21 * 4 0,11 0,11

33 ■ 4 4 ♦ ЦП У!

23 фо^мВш. 1 Я Р 411

* зовшГ» | В 4 0,1> Цп

4 1 ОН» щ

фундаментальности элементов знаний, умений и навыков определяется неравенством (Е0^)>0.63. Значимость элемента знаний, умений или навыков используемого в КОФ, можно определить, по крайней мере, по двум факторам - продолжительности и частоте применения. Поэтому, в качестве количественного

критерия значимости элемента Ей^ наряду с (ЕС^), будем использовать относительную силу связи Ейу) между всеми

элементами структуры КОФ реализуемую через Зададим

следующую процедуру определения иерархии элементов знаний, умений или навыков. Сначала в группе { ЕС^) проведем ранжирование элементов ЕС^ по величине относительной максимальной

длины: ¿¿^(ЕО* )>Ё'п}(ЕОУ2) г г Ь^(ЕО^ ), а затем расставим

по величине силы связи Е^'п)(ЕО^) п элементов

^^(ЕО^ + ¡)> ■ >Р<тт>(ЕО)1 + п_,)^ внутрипредметные связи

которых имеют одинаковые значения длины /Я*^ЕвНапример, в перечне фундаментальных законов, "Закон сохранения энергии" занимает второе место, а "Закон сохранения заряда" - четвертое, так как при одинаковых значениях

>(ЕС22) = 1(т)(ЕС24) = 0.89' силы этИх впс разные: Р(т>(ЕС22) = 1,

а ¥<т)(ЕС2 )=0.65. Развитый выше подход к классификации элементов знаний, умений и навыков физики по их значимости можно применить к определению степени значимости элементов знаний, умений и навыков математики, используемых в курсе общей физики, что отражено в последовательности распределения математических понятий, приведенных в табл. 2.

Представленная теория ВПС позволяет сравнить традиционный и современный курсы общей физики с позиций их целостности. За количественную характеристику целостности предмета примем полную силу ВПС, обусловленную всеми элементами п -

й группы. Наряду с полной силой ВПС Гу , характеристикой, отражающей степень взаимодействия отдельного элемента структуры Е^*) со всеми элементами структуры КОФ п-ой группы,

является сила связи структурного элемента ЕЭ^1^;

№ = % (21) М=1 к и к*1 и

В отличие от Е*'"^ сила является дифференциальной ха-

рактеристикой целостности курса. На диагр. 1 представлены ре-

30

зультаты оценки отношения целостностей современного (см. табл. 4) и традиционного (см. табл. 1) курсов общей физики к целостности традиционного курса. Значительное отличие целостности по группам понятий и теорий не случайно. С одной стороны, это вызвано изменением структуры курса физики (см. табл. 4), а, с другой стороны, связано с новым содержанием учебного материала каждого элемента структуры. Так, перенос изучения элементов структуры, эквивалентных входящим в раздел «Молекулярная физика и термодинамика» традиционного КОФ, в последний раздел современного дает возможность использовать законы статистики тождественных и нетождественных частиц не только при интерпретации тепловых явлений, но и при решении задач физики проводимости, электрических и магнитных явлений в конденсированных средах и излучения. Увеличение целостности курса связано также с принципиальным изменением содержания раздела «Механика» традиционного курса. Так, основой содержания учебного материала «Физики частиц» и «Физики полей» является специальная теория относительности.

4 Диаграмма 1

Сравнение целостностей современного и традиционного курсов общей физики

160

в

о *

8 о

X X

о

□ Традиционный курс

Современный курс

Понятия Законы Теории Модели

Кроме того, современный курс наполнен задачами, решение которых иллюстрирует применение теорий, что может служить объяснением столь значительного превышения целостности современного КОФ над традиционным. Преобладание целостности современного курса наглядно представлено на диаграмме распреде-

ления дифференциальной характеристики целостности курса

по элементам его структуры для группы понятий (диагр. 2).

Диаграмма 2 Распределение дифференциальной характеристики

целостности курса по элементам его структуры

для группы понятий

£ *

□ Традиционный 10рс ■ Сопоставленный современный курс

/V / / «

* / / У ,

*

В процессе структурирования КОФ с неизбежностью возникает проблема последовательности распределения элементов структуры ЕБ(>>- Оценим изменение целостности КОФ 1982 года, сформированного И.В. Савельевым из КОФ 1971 года за счет перестановки таких элементов структуры КОФ как «Упругие волны», «Твердое тело», «Стационарное электрическое поле в веществе» и «Стационарное магнитйое поле в веществе».

Результаты расчетов целостностей КОФ по группам элементов знаний при различных перестановках элементов структуры представлены в табл. 5. Очевидно, что любые перестановки приводят к повышению как полной целостности КОФ, так и целостности по всем группам элементов знаний. Исключение составляет целостность по группе законов курса с перестановкой следующих элементов структуры: «Упругие волны», «Стационарное электрическое поле в веществе» и «Стационарное магнитное поле в веществе».

Отметим, что все введенные нами количественные характеристики межпредметных связей, в том числе и связность, зависят от положения корневой вершины графа МПС, то есть от момента

•у * *т <■

формирования элемента группы Ев^. Например, в некоторых технических вузах общая физика изучается со второго семестра. В этом случае основные математические понятия формируются до начала изучения КОФ, что соответствует распределению корневых узлов в начале курса, для которых км=тм= 1.

Относительные силы МПС, реализованные через группу математических понятий, отличаются незначительно. В случае синхронного изучения — С^^ = 3.4; в случае изучения математики в

предыдущем году — С^ех> =3.3.

Таблица 5

Таблица целостностей КОФ по группам элементов знаний при различных перестановках элементов структуры

—. Группа { } Перестановка Целостность КОФ,

Понятия, К) Законы М Теории, Модели м Полная целостность

Без перестановок (Стандартный) Курс И В Савельева 1971 г 315 - 104 19,70- 66,27 505

Упругие волны 342 112 19,86 71,94 546

Превыш над стандартным, % 8,8 7,8 0,9 " 8,9 8,1

Электр и магн поля в вещ-ве 321 113 19.78 68.38 522

Превыш над стандартным, % 1,9 8,7 0,9 3,2 3,4

Упругие волны, электрическ и магни гное поля в веществе 339 100 19,95 71,47 530

Превыш над стандартным, % 7,6 -4,0 1,3 7,8 5,0

Тем не менее, с точки зрения связности курсов предпочтительнее изучать курс общей физики синхронно с КМА, нежели предварять КОФ курсом математического анализа. Вполне понятно, что для доказательства высказанного утверждения необходимо привлечь не только полную группу понятий, но и группы теорем, навыков и умений, формируемых в КМА, что представляет собой отдельное исследование.

В седьмой главе представлены информационные модели внутри- и межпредметных связей и пример«- их^примевения к реше-

33 I ^2522* 1

I «» » [

нию педагогических задач. Передача внутри- и межпредметной информации от одного элемента структуры к другому реализуется с помощью форм, методов и методических приемов обучения, это эквивалентно организации информационного канала.

Поэтому, можно рассматривать связь как «...субстрат..., обеспечивающий перенос информации...», а графовую модель ВПС (МПС), в которой узлы графов представляются в виде смысловых структур, дополненную расчетом информационных характеристик, можно рассматривать как информационную модель ВПС (МПС). Для расчета информационных характеристик ВПС (МПС) воспользуемся методом смысловых структур.

В качестве примера информационного представления внутри-предметной связи в курсе общей физики, проведем расчет объема

информации, передаваемого из раздела «Кинематика» в

раздел «Динамика» традиционного курса через понятие

скорости (Ейх), которое входит в формируемое в разделе «Динамика» понятие импульса частицы.

Смысловая структура понятия импульса частицы и ее графовая модель представлены на рис. 5. Построение смысловой структуры

Перемещение частицы (Е1)

Траектория движения частицы (ЭО -J 1 _ ' 1астица (ЕЬ) Г—*- Время

г Радиус-вектор (С --■ ►- Частаца(Сг) Г—*- Время (€1)

Тело отсчета (АО Время (А2) Расстояние (Аз) Система координат (А4)

Рис. 5-а. Смысловая структура понятия импульса частицы

-;.«•„»<■• С' У ( 34

• *» Ж' "

сложного понятия начинается с выделения всех содержащихся в нем более простых понятий (физических, математических и т.д.).

р!

Е1 '

О!

С| 1 Сг

~ Вз ' Вз Г —ь.

А) Кг Аз Ад

Рис. 5 б. Графовая модель структуры понятия импульса частицы

На нижнем уровне обобщения располагаются понятия, изученные ранее (в предыдущем параграфе, разделе, в другом учебном предмете, либо вводятся в данном параграфе). На следующем уровне обобщения находятся понятия, включающие в себя расположенные ниже, и так далее до вершины графа, в которой находится моделируемое понятие.

Используя подход В.П. Мизинцева, можно рассчитать информационные характеристики смысловой структуры, представленной на рис.5-а (см. табл. б). Каждее из сложных понятий - от инерциальной системы отсчета до скорости - содержит соответствующий объем информации, который передается от простого понятия к более сложному.

Таблица 6

Содержание информационного объема ВПС, реализуемой между разделами «Кинематика» и «Динамика» через понятие скорости

N Понятие 3 кср. \ бит н бит Н' бит Е (У, бит2 л и 1

1 Инерциальная система отсчета 5 4,00 100 2,00 2,00 1,00 100 0

2 Ралкус-всктор 8 3,50 378 2,59 1,92 0.74 509 131

3 Траектория движения частицы 11 3,33 900 3,00 1,82 0,61 1485 585

4 Вектор перемещения частицы 14 3,25 1710 3,32 1,75 0,52 3251 1541

5 Вектор скооости частицы 17 3,20 2843 3,58 1,71 0,48 5972 3129

6 Импульс частицы 21 3,17 4328 3,81 1.67 0.44 9837 5509

В таблице используются следующие обозначения: J - число узлов графовой модели (см. рис.5-6); кср- среднее число связей в пучке; ио и и - объем и полный объем информации; Н и Н7 -максимальная и относительная энтропии конечных узлов модели; Е = н!]н — коэффициент относительной энтропии;

Аи=и-и0.

Из табл. 6 следует, что понятие скорости содержит и = 5972 бит2 информации, которая равна информационному объему ВПС, реализуемой между ЕЭ'1^ ЕЗ^2^через понятие скорости.

В отличие от внутрипредметной информации межпредметная может передаваться двумя способами. Первый аналогичен передаче внутрипредметной: количество информации, передаваемой элементом знания, умения или навыком из базового в связанный курс, равно количеству информации, содержащейся в самом элементе знания, умения или навыка. Второй связан с процессом формирования элемента знания, умения или навыка связанного курса на основе элементов знаний, умений или навыков базового. В этом случае межпредметная информация может входить как непосредственно в сложный элемент знания, умения или навыка связанного предмета, так и через более простые элементы знания, умения или навыки составляющие сложный. Иллюстрацией сказанному является смысловая структура и граф (см. рис. 6) передачи меж-

предметной информации, связанной с понятием системы координат, через кинематические понятия.

Рис. 6-а. Смысловая структура межпредметной информации, передаваемой через понятие системы координат.

СК у-,

Рис. 6-6. Графовая модель межпредметной информации, передаваемой через понятие системы координат.

Результаты расчета информационных характеристик модели смысловой структуры, изображенной на рис. 6, представлены в таблице 7.

Таблица 7

Информационные характеристики межпредметной связи, обусловленной передачей информации

N Понятие J кСр \ бит Я » бит Я' бит Е и t бит2 A U ^

3 Радиус-вектор 3 г 36 1 1 1 36 0

4 Траектория движения 5 2 167 1.58 1,25 0,79 211 44

5 Перемещение 7 2 441 2 1,2 0,6 733 292

6 Скорость 9 2 894 2,232 1,11 0,48 1866 972

7 Импульс 11 2 1553 2.5S5 1,04 0,4 3878 2325

Информационные характеристики ВПС.

Проводимое в последнее время сокращение учебных курсов, осуществляемое, как правило, ¡За счет объединения материала нескольких параграфов, приводит к увеличению количества понятий, используемых в объединенных параграфах. Для примера сравним способы изложения параграфов «Линзы, Оптическая сила линзы» в 3-х курсах физики: A.B. Перышкина, H.A. Родиной (1993г.), C.B. Громова, H.A. Родиной (2002 г.), A.B. Перышкина (2003 г.). Если в старом издании этот материал распределен по двум параграфам, то в недавно изданных курсах данная тема излагается в одном параграфе (см. табл. 8).

Представленное в таблице минимальное время, необходимое для усвоения объема информации учебного материала параграфа, рассчитывалось следующим образомtmin -U/N, где

N = 2560 бит2 /с ~ максимальное количество информации, реализуемое в блоке кратковременного оперативного сознания человека в единицу времени (Архангельский С.И., Мизинцев В.П.).

Таблица 8

Количественные характеристики информационного содержания элементов структуры параграфов «Линзы» и «Оптическая сила линзы» курсов физики для 8-го класса

Курсы физики Количествен характелистики А В Перышкин, >!* НА. Родина, для 8 кл., 1993г С В Громов, H А Роди:м, для 8 кл, 2002г А В Перышкин, для8 кл, 2003г.

§68 §70 §34 §66

11о.Кбит 0.05 0.14 13.5 2.9

и, Кбит2 ■ 0,14 0.3 25.6 7.3

Уровень обобщения, Уи ступень 9 9 15 13

¡тт. Мин 0.9 1.93 166 48

Вполне допустимое, на первый взгляд, объединение параграфа «Линзы», имеющего £7=0,14 Кбит2, a fmj([=0,9 мин. с параграфом «Оптическая сила, линзы», у которого J7=0,3 Кбит2 fmfa=l,93 мин, приводит к следующим результатам: объем информации в §34 «Линзы» в курсе физики C.B. Громова, H.A. Родиной (2002г.) возрастает до 17=25,6 Кбит2, что соответствует 41Шп=166мин.=4 акад. часа. В курсе физики A.B. Перышкина (2003г.) эти параметры имеют следующие значения: U—7,3 Кбит2, a imiii=48 мин.

Следовательно, информационные характеристики не обладают свойством аддитивности. Приведенная оценка указывает на информационные ограничения указанных способов изложения учебного материала данных параграфов. Они перегружены понятиями, что делает невозможным их изложение в течение одного урока. Поэтому можно рекомендовать более оптимальный способ изложения, предлагаемый A.B. Перышкиным и H.A. Родиной (1993г.) (§68) и (§70), для которых С/=0,14 Кбит2, a ¿„,„=0,9 мин. и 17=0,3 Кбит2, a imln=l,93 мин. соответственно.

Таким образом, разработанный метод можно использовать не только при отборе учебного материала, необходимого для проведения занятий по существующим курсам физики, но и для разработки новых.

Описанный выше модульный подход к построению образовательной технологии достаточно универсален. Он может быть использован не только при изучении курса физики в вузе, но и в средней школе. Примером может служить положительный опыт использования модульной технологии при изучении физики на

физическом и биологическом факультетах, а также в колледже Дальневосточного госуниверситета (ДВГУ), где уровень изучения физики определяется программами 7-11 классов общеобразовательной школы.

Восьмая глава посвящена описанию педагогического эксперимента.

Целью эксперимента являлась проверка сформулированных в начале работы гипотез:

В эксперименте принимали участие три категории студентов: 1 - студенты физического факультета, 2 - студенты естественнонаучных факультетов, где физика не является профильной дисциплиной (биологи - экологи) и 3 - студенты колледжа ДВГУ, изучающие физику по программе общеобразовательной школы. Контрольные группы выбирались в соответствующих возрастных категориях студентов.

Эксперимент проводился с 1992 года и включал констатирующий, пробный и обучающий этапы. Измерения показателей качества проводилось с помощью анкетирования, написания специальных контрольных работ, тестирования учащихся, семестровых экзаменов и проверки остаточных знаний.

В проверке обеих гипотез участвовали студенты трех категорий. В данной работе проверка первой гипотезы проведена на примере студентов вуза, второй - на примере школьников.

1. Реализация целостной модульной технологии в вузе.

Понимая под уровнем качества знаний результат сравнения уровня знаний студентов с его нормативным значением, будем определять уровень качества знаний с помощью следующей системы показателей:

Экзаменационные оценки по физике. Этот показатель иллюстрирует динамику успеваемости контрольной и экспериментальной групп в течение эксперимента.

Оценки специальной контрольной работы. Реаультаты этих контрольных позволяют оценить умение студентов строить смысловые структуры. В отличие от других, для студентов - физиков работы содержали задания и по решению физических задач.

Оценки остаточных знаний. Контроль остаточных знаний проводился в соответствии с требованиями Минобразования РФ. Контрольный тест включал семь заданий по курсу общей физики и был предложен студентам - физикам, экологам и биологам на пятом курсе.

Обучающий эксперимент проводился с каждой группой студентов в течение изучения КОФ, его целью была проверка предположений:

• структурированное темами модулей содержание физического образования, изучаемое в рамках единого дидактического цикла, включающего целостное сочетание различных форм и методов обучения, обеспечивает целенаправленные действия учащегося по усвоению знаний и формированию умений и навыков, что вызывает повышение эффективности учебного процесса;

• реализуясь в теме модуля набором вопросов, задающим маршрут ее изучения, дидактические процессы не только позволяют представить технологию обучения в виде информационного канала, с помощью которого устанавливаются внутри - или межпредметные связи, а объект связи (элемент знания) передается по указанному маршруту, но и обеспечивают выполнение психологического принципа отбора содержания, что также вызывает повышение эффективности процесса обучения физике.

Для первой категории студентов (физики) динамика первого показателя качества приведена на рис. 7.

4.8

4,6 4,4

4,2 4 3 8 3,6 3,4 -3,2 3

3 4 Семестр

Эксперим гр 1

контр гр |

1 Полиномиальный |

(Эксперим. гр) .

.__ Полиномиальный .

(контр гр) '

J

Рис. 7. Распределение экзаменационной оценки по семестрам.

Усреднение проведено по всем годам наблюдения (1992 - 2003).

В течение первых двух семестров экзаменационные оценки экспериментальной и контрольной группах близки. Превышение оценок экспериментальной группы наблюдается уже в четвертом семестре и продолжает увеличиваться со временем обучения.

8 7 6

н

* 5

х % «

К

5. з

* 2 1 О

-Измеренное значение Т -Критическое значение Т

3 4 саместр

Рис. 8. Распределение критерия ее* по семестрам. Для подтверждения предположения, что первый показатель качества знаний (успеваемость) в экспериментальной группе физиков возрастает и становится выше, нежели в контрольной, была проведена статистическая обработка результатов экзаменов методом сс2. Результаты расчетов критерия статистики сс2 - Тиаи и Т = 5,99 по семестровым экзаменационным оценкам по физике при доверительном интервале 1-аа = 0,95 представлены на рис. 8 Так как успеваемость экспериментальной группы в первом и втором семестрах ниже, а в остальных семестрах выше, чем успеваемость контрольной группы, то можно утверждать, что целостная модульная образовательная технология, ориентированная на формирование целостных представлений о содержании курса физики, позволяет повысить качество знаний студентов. Что подтверждается и вторым показателем - результатами специальной контрольной работы (см. табл.9).

Таблица 9

Группа Число студ-ов в группе (а) Число 2 балла студентов, 3 балла имеющих ой 4 балла енку: 5 баллов Средний балл

Контр-я 154 49 56 45 4 3,0

Экспеоя 196 9 43 78 67 4,1

По остаточным знаниям также наблюдается более высокие оценки у студентов-физиков в экспериментальной группе (см. рис. 9). Что подтверждает и статистическая обработка результатов, по результатам которой экспериментальное значение критерия статистики сс2 - Т = 8,65 превышает критическое - Т = 7,81 (при

доверительном интервале 1 - аа = 0,95), можно утверждать, что целостная модульная образовательная технология, ориентированная на формирование целостных представлений о содержании курса физики, положительно влияет на качество знаний студентов по всем показателям.

год поступления -1995

год поступления Оценка

1994

год поступления -1998

Экзамены Остаточные знания

Рис. 9. Сравнение оценок остаточных знаний и экзаменационных по экспериментальной (1) и контрольной (2) группам.

Вторая категория студентов (биологи — экологи)

Сравнение экспериментальной и контрольной групп, выполнен-йое среди студентов биологов и экологов, представлено на рис.10. В контрольную группу вошли студенты биологи. Экспериментальной была выбрана группа экологов. Наблюдения велись с 1997 по 2001 годы. В эксперименте исследуются показатели качества, приведенные выше. Нетрудно заметить (см. рис.10), что, также как и у физиков, остаточные знания в экспериментальной группе биологов - экологов выше, чем в контрольной. Более того, экзаменационные оценки студентов экспериментальной группы практически совпадают с оценками остаточных знаний по всем годам наблюдения. Отметим также, что уровень остаточных знаний экспериментальных групп экологов и физиков практически одинаков.

12 3 4

Г од поступления

.Экзамен вц оценка эксперим гр

-Экзаменац оценка контр

гр.

-Остаточ ¿лания эксперим гр

-Остаточ знания ko=jtp

Put. 10. Распределение оценок остаточных знаний и экзаменационных в экспериментальной и контрольной группах по всем годам наблюден"-" (1 - 1997; 2 - 1998; 3 - 1999; 4 - 2000 годы поступления)

Полученный результат подтверждается статистически. Расчет критерия статистики для оценок остаточных знаний приводит к следующему результату: Т = 7,5. Что выше критического значения критерия статистики х2 (Ткрит = 5,99 при доверительном интервале 1-а = 0,95).

Приведенные результаты еще раз подтверждают гипотезу эксперимента: целостная модульная образовательная технология, ориентированная на формирование целостных представлений о содержании курса физики, положительно влияет на качество знаний студентов нефизических факультетов

2. Реализация целостной модульной технологии в школе.

Третьй экспериментальная группа в количестве 85 человек состояла из учащихся колледжа ДВГУ, а контрольная — из 35 учащихся гимназии № 1 г. Владивостока.

Эксперимент проводился в 1999-2004 годы. Учащиеся экспериментальной группы обучались физике методом смысловых структур, который позволяет выявлять и представлять внутри- и межпредметные связи в учебном материале.

Известно, что умения решать физические задачи не алгоритмического типа вырабатываются при наличии неразрывных, целостных знаний. Поэтому оценить целостность технологии обучения физике можно по умениям учащихся решать задачи второго (типовые) и третьего (эвристические) уровней сложности, что равносильно оценке качества обучения физике.

Чтобы исключить неоднозначность в оценке групп, связанную с различием в программах и требованиях, была разработана методика сравнения учащихся по двум параметрам: 1) по ступени абстракции (в) и 2) по уровню усвоения (б^, которые введены и использованы В.П. Беспалько для оценки качества обучения. Распределение учащихся обеих групп по уровню усвоения б перед экспериментом свидетельствует о преимуществе контрольной группы над экспериментальной по уровню усвоения б, что не противоречит условиям проведения педагогического эксперимента.

Анализ результатов первого контрольного среза показал, что 95% учащихся экспериментальной группы умеют решать физические задачи первого уровня сложности, 58% решают задачи второго уровня сложности, и никто не решает задачи третьего уровня сложности.

В контрольной группе задачи первого уровня сложности решают 95% учащихся, второго уровня сложности - 78%, третьего

уровня сложности - 9% (см. диагр. 3), что иллюстрирует явное преимущество учащихся контрольной группы над экспериментальной. Кроме того, отставание у учащихся экспериментальной группы отмечалось в умениях как узнавать в тексте физические понятия, так и выявлять их структуру.

Диаграмма 3

Сравнение начальных умений учащихся экспериментальной и контрольной групп решать задачи трех уровней сложности

□ Учащиеся экспериментальной группы

Уровень сложности задам

В ходе обучающего эксперимента проверялись предположения, что целостность знаний и качество обучения возрастут, если

- структуру предмета физики формировать на основе информационных моделей внутри- и межпредметных связей;

- учащиеся приобретают навыки самостоятельно выделять внутри - и межпредметные связи, сформированные с помощью метода смысловых структур.

В процессе обучения с помощью смысловых структур существенно возросло качество обучения по умениям учащихся экспериментальной группы решать задачи второго и третьего уровня сложности, что наглядно представлено на диагр. 4.

Показательно, что практически каждый четвертый ученик экспериментальной группы стал решать задачи эвристического типа (индивидуальные задачи); в то время как учащиеся контрольной группы остались на прежнем уровне, где такие задачи решает каждый десятый ученик.

Диаграмма 4

Динамика умений учащихся; экспериментальной группы решать задачи разных уровней сложности

100^

□ До эксперимента

: ЕЕ

Щ После эксперимента

2

3

Уровень сложности задач

Для статистического подтверждения гипотезы был привлечен метод х2- Экспериментальная и контрольная группы сравнивались по умению решать задачи третьего уровня сложности.

Полученные результаты 7^=2,09 < Ткрит=3,84 свидетельствуют о том, что качество обучения учащихся экспериментальной группы, выраженное в умениях решать задачи 3-го уровня сложности, стало выше, чем у учащихся контрольной группы.

Повторная проверка подтвердила приведенный результат. Значение статистики чг: Т =0,02 < Т =3,84.

Л изм. 1 Крит. 7

Таким образом, результаты эксперимента подтверждают, что целостная модульная образовательная технология, ориентированная на формирование целостных представлений о содержании курса физики, позволяет повысить качество знаний учащихся.

Основные результаты и выводы исследования приведены в заключении.

1. В основу научного проектирования технологии обучения физике положены выделенные из многообразия известных в педагогике принципов, пять принципов процесса обучения: целостности образовательного процесса^, информатизации образования, индивидуализации образовательного процесса, единства теоретических и экспериментальных навыков и умений, взаимообратной связи в образовательном процессе.

2. Разработанная модульная технология обучения физике является целостной, так как модуль трактуется как единица подсистемы, формы и методы изучения тем модуля объединены в дидактический цикл, состоящей из лекций, практических, лабораторных занятий, семинаров и других форм организации учебного

процесса, и комплекса форм и методов самостоятельной работы, а дидактические процессы (структурирование, отбор и передача внутри - и межпредметной информации) осуществляется на основе ВПС и МПС.

3. Введенное на основе принципа системности понимание учебного процесса, как процесса перехода педагогической системы из одного состояния в другое, позволяет определить оператор учебного процесса. Кроме того, разработан подход, позволяющий определить оператор учебного процесса на пространствах внутри - и межпредметного содержания физического образования и технологии обучения, представление которого невозможно без задания системы ВПС и МПС.

4. Внутри - и межпредметные связи, определены в данной работе как конструкция элементов педагогической системы, которая связывает элементы структуры межпредметного (внутрипред-метного) содержания образования и состоит из объекта связи и канала связи.

5. Структурность введенных понятий ВПС и МПС и представление о связи, как о «...субстрате..., обеспечивающем перенос информации.«», позволило привлечь для описания ВПС и МПС теорию графов и классическую теорию информации и разработать соответствующие связям графовые и информационные модели.

6. В рамках моделей введены такие количественные характеристики, как длина и сила связи, сложность и объем учебной информации, переносимой с помощью связи, что и составляет основу теории внутри - или межпредметных связей, которая позволила решить ряд педагогических задач. Разработаны методы определения значимости элементов знаний, умений и навыков, сравнения и оптимизации различных предметов.

7. Умения выделять внутри - или межпредметные связи, знание и умение рассчитывать их количественные и информационные характеристики внутри - или межпредметного содержания, основанные на его смысловом представлении, легли в основу разработки дидактических процессов модульной технологии обучения физике, отраженных в информационно-дидактических комплексах для студентов физических и нефизических специальностей вузов и школьников.

Основное содержание исследования отражено в более 80 публикациях автора, из которых приведены следующие:

Монографии

1. Гнитецкая Т.Н. Современные образовательные технологии: Монография. Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та, 2004.- 256 с.

2. Афремов Л.Л., Гнитецкая Т.Н. Теория внутрипредметных и межпредметных связей: Монография. Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та, 2005.- 176 с.

Статьи в центральных журналах

3. Гнитецкая Т.Н. Оптимизация учебного процесса посредством объединения лабораторных и практических занятий// Физическое образование в ву&ах. М:1996,т.2, №2. С. 38-52.

4. Гнитецкая Т.Н. Об аналогии между методами научного исследования и методами обучения // Физическое образов, в вузах М:,Т.4, №2, 1998. С. 31-34.

5. Гнитецкая Т.Н., Родригез Дж. (США), Родригез Эл.(США) и др. Кризис образования - пути выхода» Серия трудов «Экология человека» по материалам международного конгресса «Новые технологии науки и образования на пороге третьего тысячелетия» г.Новосибирск, Новосибирский филиал международной кафедры Юпеско Алт ГТУ «Экологическое образование в Сибири», ноябрь, 1999. С. 54-62.

6. Гнитецкая Т.Н. Основы теории внутрипредметных связей // Физическое образование в вузах, М: т.5 № 2, 1999. С. 23-39.

7. Гнитецкая Т.Н. Проектирование педагогической технологии и основные принципы организации учебного процесса // Философия образования №10, 2004. С. 191-193.

8. Гнитецкая Т.Н. Модульный подход к проектированию педагогических технологий // Физика в школе №4, 2005. С. 31-36.

9. Гнитецкая Т.Н., Гнитецкий П.В., Родригез Ап., Родригез Дж. Кризис образования и информационные технологии // Философия образования № 2 (13), 2005, С. 269 - 273.

Сборники статей

10.Гнитецкая Т.Н. О целесообразности объединения лабораторных и практических занятий. СПб: «Образование», ч.2, 1996. С. 119-130.

П.Ефименко В.Ф. Гнитецкая Т.Н. Турунтаева И.С. Концепция эволюции ФКМ в курсе общей физики СПб: «Образование». Ч. 1, 1996. С. 8-10.

12. Гнитецкая Т.Н. Обоснование необходимости объединения лабораторных и практических занятий. СПб: «Образование». 4.1, 1996. С. 63-64.

13.Гнитецкая Т.Н.Структурирование курса общей физики на основе квантово-физических представлений. Сб. докл. XXXVIII всеросс. меж-вуз. н.-т. конф. Владивосток: Изд. Тихоокеанского военно-морского училища им. адм. Макарова, Т.1ч.2, 1997. С. 40-41.

14.Гнитецкая Т.Н. Можно ли учить физике малышей? Сборникът научни стати на участниците в международната научно-практич. кон-

I t

фер. На тема: «Превентивната педагогика Като научно познание» 1-5 септембри, 2003 г. Соф. Ун-т «Св.Кл.Охридски», София: Изд. Компливес

- ЛМ, 2003 -582 с.(С.566-571).

15. Гнитецкая Т.Н., Иванова Е.Б., Дубовая Л.В., Акимов А.Д. Психологические вопросы проектирования педагогических технологий Педагогический менеджмент и прогрессивные технологии в образовании: Сборник статей XI Международной научно-метод. конф.- Пенза:Изд. Приволжский Дом знаний, 2004.-299 с. (С. 79-81).

16. Афремов Л.Л. Гнитецкая Т.Н. Комплексное изучение свойств излучения газового лазера Труды VTII междун.учебно-метод конф., 22-24 июня 2004 г. /Москва; Под ред. Н.В. Калачева и М.Б Шапочкина.- М.: Изд. дом МФО, 2004.- 258 с. (С. 182).

17. Афремов Л.Л. Гнитецкая Т.Н. Об одном способе измерения температур Дебая и Ферми Труды VIII междун.учебно-метод конф., 22-24 июня 2004 г. /Москва; Под ред. Н.В. Калачева и М.Б Шапочкина,- М.: Изд. дом МФО, 2004,- 258 с. (С. 215).

Материалы конференций

18.Gnitetskaya T.N. About Questioning in Back Coapling's Criation // 17 Pacific Science Congress. Beijing, 1995, P.6.

19.Гнитецкая Т.Н. Тьюториал в рамках интенсивной технологии обучения // Матер, всеросе. науч.-метод, конф. «Роль фундаментальных наук в развитии университетского технического образования. Владивосток: Изд. Дальневост. гостехуниверситета, 1996. С. 46-49.

20.Гнитецкая Т.Н., Гнитецкая Н.Н. Рейтинговая система оценки самостоятельной работы студентов // Матер, междунар. симпоз. "Химия и химическое образование, ATP XXI век" Владивосток: Изд. Даль-

< невост. ун-та, 1997 С. 19-20.

21.Гнитецкая Т.Н. Классификация законов в курсе общей физики / / Материалы Vl-й региональной научно-метод. Конфенции «Современные проблемы высшего образования в странах АТР» Март,1998. Владивосток: Изд. Дальневост. гостехуниверситета, 1998. С. 67-71.

22. Rodriguez J. Stefen F. Austin State University, USA, Gnitetskaya T. N. Far Eastern State University, Rodriguez El, Pi Chi Han Da-Yeh University

- Taiwan, Karen Blindt- Palatine Sch., USA. Students from Russia, Taiwan, & Selected USA cities - Their Grades and Attitudes Toward Smoking. National Council of Professors of Educational Administration. Idaho State University Conference Host Institution, USA, 1999. P.144.

23. Гнитецкая Т.Н., Родригез Дж, Родригез Э.А. и др. Об образовании в России и США. Материалы международной научно-методической конференции «Классическое высшее образование: достижения, проблемы, перспективы» Владивосток: 19-20 окт.1999 г. Изд. Дальневост. унта, 1999.С. 70-78.

24.Афремов JI.JI., Гнитедкая Т.Н., Дубовая Л.В. Оценка цельности курса общей физики Сб. материалов междун. научно-практ. конф. «Методология, теория и практика естественно-математического и педагогического образования», 14-16 мая 2002 г. В 2-х ч. 4.1/ Брест, гос.ун-т им. A.C. Пушкина; под общ. ред. А.Н. Сендер.-Брест: изд-во БрГУ, 2002.-333 с. (С. 6-8).

25.Гнитецкая Т.Н. Образовательные технологии в информационном обществе Сб. материалов 3-ей Всеросс. научно-практ. конф. Проблемы современного образования по теме: «Информационные технологии в средней школе», 5-6 ноября 2002, Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та.-120 с. (С. 14-16).

26.Гнитецкая Т.Н., Дубовая Л.В., Гнитецкая H.H. Проектирование учебного процесса на основе новых информационных технологий. Сб. материалов 3-ей всеросс. научно-практ. конф. Проблемы современного образования по теме: «Информационные технологии в средней школе», 5-6 ноября 2002, Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та.-120 с.(С. 22-23).

27.Гнитецкая Т.Н., Акимов А.Д. Отбор содержания учебного материала - основа педагогического проекта. Сб. материалов 3-ей всеросс. научно-практ. конф. Проблемы соврем, образ-я по теме: «Информац. технологии в средней школе», 5-6 ноября 2002, Владивосток: Изд. Дальневост. ун-та. С. 24-27.

28. Гнитецкая Т.Н. Формирование физических понятий — основа педагогического проекта. Матер. X всероссийской науч.-практ. конф. «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» 19-20 мая 2003г., Челябинск: Изд. ЧГГ1У, Ч.И, 2003. - 228 с. (С. 40-43).

29.Афремов Л.Л., Гнитецкая Т.Н. Анализ курсов физики для разных возрастных групп Материалы XLVI всеросс. межвузовской научно-технич. конф. «Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания» 16-18 дек. 2003. Владивосток: Изд. Тихоок.военно-морс. ин-та им. С.О. Макарова, 2003.С.11-13.

30.Афремов Л.Л., Гнитецкая Т.Н., Дубовая Л.В. Определение внут-рипредметных связей XXXXVTI всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Т.1 Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания. Владивосток: Изд. ТОВМИ, 2004. С. 11-12.

31.Афремов Л.Л., Гнитецкая Т.Н., Дубовая Л.В. Метод смысловых структур // XXXXVII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Т.1 Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания. Владивосток: Изд. ТОВМИ, 2004. С. 15-17.

Электронные публикации (на CD)

32.Gnitetskaya T.N., Gnitetskiy P.V. (FENU, Russia); Rodriguez J.A. (SFASU, USA) // Influences on Student's Success in Mastering the Computer 16-th International Conference "Society for Information Technology & Teacher Education", Phoenix, USA March 1-5, 2005. Full Paper ID 12254, 2005, pages 8, CD.

Гнитецкая Татьяна Николаевна

Проектирование целостной модульной технологии обучения физике на основе информационных моделей внутри- и межпредметных связей

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 29.07.2005. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 2,8. Уч. изд. л. 2,54. Тираж 150 экз. Заказ 96

Издательство Дальневосточного университета 690950, г. Владивосток, ул. Октябрьская, 27

Отпечатано в типографии Издательско-полиграфического комплекса ДВГУ 690950. г. Владивосток, ул. Алеутская, 56

*Î45J4

РНБ Русский фонд

2006-4 8181