автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Реализация образовательного потенциала современной физики в профильной школе

Автореферат диссертации по теме "Реализация образовательного потенциала современной физики в профильной школе"

На правах

Лукашук Олеся Николаевна

РЕАЛИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ В ПРОФИЛЬНОЙ ШКОЛЕ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва 2014

005547925

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике факультета физики и информационных технологий ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет»

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Шаронова Наталия Викторовна

Официальные оппоненты: Бунчук Алексей Васильевич,

доктор физико-математических наук, ГБОУ СОШ с углубленным изучением физики и математики № 2007, г. Москва, директор школы

Третьякова Светлана Владимировна, кандидат педагогических наук, Научно-образовательный центр ОАО «Издательство «Просвещение»», отдел методической работы и повышения квалификации,

заведующий отделом

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный

областной университет»

Защита состоится «16» июня 2014г. в 16 ЗО часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу: 119435, г. Москва, ул. М. Пироговская, д.29, ауд.49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО

«Московский педагогический государственный университет», по адресу:

119991, г. Москва, ул. М. Пироговская, д.1 и на официальном сайте университета www.mpgu.edu

Автореферат разослан «у О » _ ОН 2014г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Прояненкова Лидия Алексеевна

Общая характеристика работы

Открытия в физике XX века привели к накоплению огромного количества информации в новых областях физики, к появлению новых идей и теорий, приведших к созданию современной физики. Современное развитие науки характеризуется непрерывно возрастающим объемом знаний и необычайной абстрактностью и сложностью совершаемых открытий, вследствие чего появляется существенный разрыв между современным уровнем научных знаний и содержанием образовательных программ школы и вуза.

Термин «современная физика» может пониматься в двух смыслах. Во-первых, современной называют физику, «родившуюся» на рубеже XIX - XX веков. Основными идеями современной физики в этом смысле являются квантовые, релятивистские и статистические идеи. Во-вторых, современной называют физику конца XX - начала XXI века, в рамках которой можно говорить о процессе становления новой картины мира, для которой характерно единство подходов макро-, микро- и мегафизики. В данном диссертационном исследовании под современной физикой имеется в виду ее вторая трактовка. Можно сказать, что современная физика включает те явления и законы, которые относятся к современному этапу её развития, те центральные проблемы, над которыми работает в настоящее время физическая мысль.

Самым популярным источником знаний о современных научных достижениях является отнюдь не школьный учитель, а средства массовой информации, поскольку современная физика с большим трудом входит в учебные программы и стандарты общего среднего образования. В то же время в ФГОС среднего общего образования при описании требований к предметным результатам освоения базового и углубленного курсов физики сказано, что необходимо обеспечить сформированность представлений обучаемых о роли и месте физики в современной научной картине мира, понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений.

Изучение вопросов современной науки в школе формирует представления о современной научной картине мире, делает знания и понимание вопросов физической науки более прочными и глубокими, раскрывает область применимости школьных знаний и их прикладное значение в современных физических исследованиях, способствует профессиональной ориентации учащихся, заставляет «реагировать» на информацию о недавно открытых физических явлениях и развивает потребность критически ее анализировать, предполагает продуктивный характер познавательной деятельности, выполнение учебно-исследовательской, проектной и информационно-познавательной деятельности учащихся.

Это и многое другое определяет образовательный потенциал современной физики в школе как возможность оказать влияние на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых, в частности на развитие диалектического и творческого мышления, понимания, памяти, познавательной и творческой активности и пр.

Анализ результатов анкетирования учителей и учащихся на констатирующем этапе экспериментального исследования показал, что учащиеся хотят изучать современную физику в разном объеме и разных формах, но учителя к этому не готовы, и существующая система подготовки и повышения квалификации учителей не дает им глубоких знаний, в том числе методических, для решения этой задачи.

Особый интерес в обучении физике представляют несколько направлений современной науки, но лишь некоторые из них доступны школьникам, даже изучающим физику на профильном и углубленном уровнях. Подобными направлениями могут быть отдельные вопросы современной физики микромира и мегамира, особенностью которых является взаимосвязь современных физических исследований в этих, на первый взгляд, абсолютно разных по масштабам изучаемых объектов областях науки. Современным школьникам эта взаимосвязь отнюдь не очевидна. Декларируемая интеграция весьма ограниченного круга астрофизических вопросов в школьный курс физики не обеспечивает формирования современных квантовых и астрофизических представлений учащихся.

В настоящее время наиболее важным, в том числе с точки зрения решения задачи интеграции физики и астрономии, является исследование возможности включения в школьное физическое образование вопросов современной микро-и мегафизики.

Проблема формирования квантовых представлений школьников всегда была одной из самых сложных из-за специфики квантового описания свойств материи, ограниченности экспериментальных работ в условиях школьной лаборатории и других причин. Тестирование учащихся в рамках одного из этапов констатирующего эксперимента показало, что большинство учащихся с трудом осваивает понятийный аппарат квантовой физики, в том числе физики элементарных частиц, с трудом осознает эмпирическую базу и динамику становления квантовой физики, но при этом хорошо ориентируется в решении ключевых расчетных задач, необходимых для выполнения тестов ЕГЭ. Эти результаты привели к идее переструктурирования материала по квантовой физике с учетом современных ее открытий и достижений, исторического и логического подходов к обучению, а также тесной связи с исследованиями в области астрофизики.

Введение основ квантовой физики в школу - сложная методическая задача, которая не осталась без внимания учёных-методистов (М.Е. Бершадского, Б.Е. Будного, В.В. Мултановского, Тарасова JI.B., Маркова В.Н. и др.), которыми проделана большая работа по созданию методики обучения вопросам квантовой физики в средней общеобразовательной школе.

Частично результаты этих работ воплощены в авторских учебно-методических комплектах (УМК) (Касьянов В.А.; Тихомирова С.А., Яворский Б.М.; Дик Ю.И., Генденштейн Л.Э.; Мякишев Г.Я., Синяков А.З.; Пинский A.A.; Кабардин О.Ф. и др.; Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Исаев Д.А.; Громов C.B., Шаронова Н.В.).

Достижения физики последних десятилетий не находят должного отражения в литературе для учителя. Эти вопросы представлены в работах Иванова Б.Н., Тарасова Л.В., являющихся бесценным помощниками учителя в самообразовании по вопросам современной науки. Однако в данных работах не раскрыты возможные модели введения этих вопросов в процесс обучения школьников. Большая часть современных изданий по понятным причинам обращена к изучению современной физики в вузе.

Целый ряд проблем, таких как включение в содержание вопросов современной физики, единство исторического и методологического подходов к обучению, отражение взаимосвязи современной микрофизики и астрофизики в своей совокупности не нашли должного разрешения.

Таким образом, можно говорить о существовании противоречия между образовательным потенциалом современной физики и невозможностью его реализовать с применением существующих методик обучения, что и определяет актуальность темы исследования «Реализация образовательного потенциала современной физики в профильной школе».

Проблема исследования заключается в поиске ответа на вопрос, какой должна быть методика формирования представлений учащихся профильной школы о современной физике, чтобы реализовывался потенциал современной физики в обучении, воспитании и развитии обучаемых.

Объект исследования - процесс обучения учащихся вопросам современной физики в профильной школе.

Предмет исследования - методика реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе.

Цель диссертационного исследования состоит в обосновании и разработке методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе.

Гипотеза исследования Формулируется следующим образом. Если включить вопросы современной микрофизики и мегафизики в содержание школьного физического образования и обеспечить условия для их освоения путем структурирования учебного материала в соответствии с идеями единства исторического и методологического подходов к обучению, отражения взаимосвязи современной микрофизики и астрофизики с применением продуктивных методов и форм обучения, то это окажет существенное влияние на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых, а именно на сформированность познавательной и творческой активности, улучшение предметных образовательных результатов в области квантовой физики и астрофизики.

Задачи диссертационного исследования:

1) выявить состояние проблемы изучения современной физики в общеобразовательной школе в педагогической теории и практике;

2) провести отбор содержания вопросов современной микро- и мегафизики для возможного их изучения в профильной школе;

3) выявить возможные формы изучения современной микро- и мегафизики в профильной школе;

4) сформулировать требования к содержанию и структуре учебного материала в контексте предложных форм обучения, его конкретизировать, адаптировать и структурировать;

5) разработать модель методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе;

6) обосновать и разработать методику реализации образовательного потенциала современной микро- и мегафизики в профильной школе для каждой из предложенных форм обучения;

7) разработать мультимедийное сопровождение к урокам и занятиям;

8) провести педагогический эксперимент по проверке гипотезы исследования.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют идеи концепций современного естествознания, сформулированные в работах Горбачева В.В., Голубевой О.Н., Дубнищевой Т.Я., Рузавина Г.Я., Суханова А.Д.; работы по истории, философии и методологии физики, в частности современной физики, Ильина В.А.; идеи о содержании и структуре современной науки, представленные в работах В.Л. Гинзбурга, С.Хоккинга; общенаучные принципы психологии личности и основы когнитивной психологии Ж.Пиаже, Дж. Келли, Дж. Брунера, Ч. Остуда, К. Роджерса, А. Маслоу; идеи педагогов и методистов о принципах отбора содержания и структурирования курса физики, о влиянии физической науки на формирование личности, представленные в работах Лернера И.Я., Зориной Л.Я., Ланиной И.Я., Мощанского В.В., Мултановского В.В., Голина Г.М., Пурышевой Н.С., Важеевской Н.Е., Шароновой Н.В. и др.

Для решения поставленных задач применялись такие методы и виды деятельности, как теоретический анализ философской, психолого-педагогической, научно-методической, научной, научно-популярной и учебной литературы, сайтов сети Интернет; моделирование и проектирование деятельности учителя физики, осуществляющего обучение учащихся современным вопросам физики; наблюдение и анализ деятельности учителей и учащихся, их анкетирование с целью изучения состояния исследуемой проблемы в практике школы; педагогический эксперимент.

Научная новизна результатов исследования

1. Обоснована необходимость и возможность изучения вопросов современной микро- и мегафизики в профильной школе при изучении квантовой физики и строения Вселенной в основном курсе физики, на занятиях элективного курса и в проектно-исследовательской деятельности учащихся.

2. Обоснована целесообразность структурирования учебного материала по квантовой физике и астрофизике в профильном курсе физики с точки зрения реализации в единстве исторического и логического подходов в обучении, а также современных взглядов на взаимосвязь квантовой физики и астрофизики.

3. Разработана модель методики реализации образовательного потенциала

современной физики в профильной школе, характеризующаяся следующими особенностями:

- направленность на реализацию образовательного потенциала современной физики в школе в четырех формах - в элективном курсе «Современная микрофизика и эволюция Вселенной», в курсе физики профильного уровня при изучении единого раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» с использованием Дальтон-технологии и без неё, в форме проектно-исследовательской деятельности учащихся на материале современной физики, неразрывно связанной с первыми двумя формами;

- построение единого раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» на основе реализации в единстве исторического и методологического подхода в обучении, а также современных взглядов на взаимосвязь и единство квантовой физики и астрофизики;

- преобладание активных продуктивных методов изучения вопросов современной физики, в частности организации обучения по Дальтон-плану.

4. Модель методики реализации образовательного потенциала современной физики дополнена частными моделями содержания и структуры раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» и взаимосвязи развития сфер личности (когнитивной, мотивационной и креативной) и инструментов формирования представлений учащихся о современной физике.

5. Разработана методика реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе, целевой компонент которой направлен на развитие когнитивной, мотивационной и креативной личностных сфер обучаемых, а именно:

- отобрано и адаптировано содержание вопросов современной физики для его изучения в курсе физики профильного уровня обучения и в элективном курсе, предназначенном для изучения учащимися классов разных профилей;

- определены требования к предметным и личностным результатам учащихся по итогам изучения раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» и элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной»;

- разработано календарно-тематическое планирование изучения раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» и элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной», а также планы-конспекты уроков и занятий;

- разработаны методические рекомендации по организации учебной деятельности в формате Дальтон-технологии и Дальтон-задания, направленные на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер учащихся;

- создано мультимедийное сопровождение изучения квантовой физики и элементов астрофизики в профильной школе с учетом современных открытий и теорий.

Теоретическая значимость результатов исследования определяется тем, что они вносят вклад в теорию и методику обучения физике в общеобразовательной школе за счет раскрытия содержания образовательного

потенциала современной физики, обоснования необходимости и возможности изучения вопросов современной микро- и метафизики в профильной школе, а также конкретизации идеи педагогической интеграции в виде построения единого раздела школьного курса физики, интегрирующего содержание квантовой физики и астрофизики, формулировки требований к содержанию и структуре учебного материала по современной физике в условиях широкого применения информационных технологий.

Практическая значимость результатов исследования определяется созданием учебно-методического обеспечения реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе, включающего:

- содержание учебного материала по квантовой физике и астрофизике с учетом современных представлений для его изучения в курсе физики профильной школы и элективном курсе «Современная микрофизика и эволюция Вселенной» для классов разных профилей;

- фрагмент программы курса физики и программа элективного курса, отражающие вопросы современной физики;

- методические рекомендации по изучению вопросов современной физики в основном курсе и в элективном курсе (календарно-тематическое планирование, планы-конспекты уроков и занятий);

- рекомендации по применению продуктивных форм и методов обучения вопросам современной физики, в частности элементов технологии Дальтон;

- дидактические средства продуктивного характера (Дальтон-планы с вариативным содержанием учебного материала для саморазвития учащихся, темами исследовательских и экспериментальных работ);

- мультимедийное сопровождение к 52 урокам раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» и к 16 занятиям элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной.

Применение созданных в ходе исследования учебно-методических материалов способствует развитию мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых.

Апробация результатов исследования проходила на Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2006-20 Югг), Всероссийском съезде учителей физики МГУ (Москва, 2011), XV Международной научно-практической конференции «Региональные ресурсы развития культурно-образовательной среды - ведущее условие самореализации личности» (Смоленск, 2011 г), XVI Международной научно-практической конференции «Развитие культурно-образовательной среды региона в условиях социального многообразия» (Златоуст, 2012), Городском конкурсе «Грант Москвы» в области инновационных технологий в сфере образования (Москва, 2008), а также прошли апробацию на семинарах и мастер-классах по применению Дальтон-технологии при обучении вопросам современной физики в рамках стажировочной площадки МПГУ (2007-2012гг).

На защиту выносятся следующие положения.

1. Изучение вопросов современной микро- и мегафизики в профильной школе расширяет возможности в развитии когнитивной, мотивационной и креативной личностных сфер учащихся, а именно способствует формированию познавательной и творческой активности, улучшению предметных образовательных результатов в области микрофизики и астрофизики.

2. Для реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе необходимо включить в содержание школьного физического образования адаптированные вопросы современной науки, как в рамках курса физики, так и в форме элективного курса и проектно-исследовательской деятельности учащихся. При отборе и адаптации содержания вопросов современной физики для изучения их школьниками следует 1) опираться на дидактические принципы; 2) обеспечивать взаимосвязь с содержанием курса физики в целом, 3) учитывать свойства увлекательности и эмоциональности учебного материала, а также актуальность отраженных в нем проблем для науки, техники и прогресса человечества в целом.

3. Для формирования глубоких знаний в области квантовой физики и астрофизики целесообразно не только включить вопросы современной микро- и мегафизики в школьное физическое образование, но и структурировать содержание учебного материала в рамках единого раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» курса физики в контексте реализации в единстве исторического и методологического подходов в обучении, а также современных взглядов на взаимосвязь квантовой физики и астрофизики.

4. Изучение вопросов современной микро- и мегафизики в форме элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной», предназначенного для изучения учащимися разных профилей, является полезной альтернативой в условиях профильной школы, снижает риск информационной перегрузки учащихся во время основных занятий, при этом его практическую часть целесообразно ориентировать на выполнение межпредметных и профильно-ориентированных заданий.

5. При изучении вопросов современной физической науки в школе предпочтительно применять не объяснительно-иллюстративные, а продуктивные формы и методы обучения, предполагающие возможность дальнейшего саморазвития учащихся, мотивирующие к образованию и самообразованию в этой области знаний, к самостоятельной творческой деятельности, а также широко применять ИКТ в разных формах и разном объеме как одного из ведущих средств обучения вопросам современной науки.

Структура и содержание диссертации

Диссертационное исследование объемом 252 страницы (основной текст составляет 206 страниц) состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 167 наименований, и 6 приложений. Работа содержит 13 таблиц, 9 схем, 17 диаграмм, 16 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются проблема, объект, предмет, цель, гипотеза и задачи исследования, указываются методы исследования, новизна, теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Говорится об апробации и имеющихся публикациях, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния проблемы изучения современной физики в педагогической теории и практике» раскрыто понятие современной физики и содержание ее ведущих вопросов; определены особенности современной микро- и мегафизики, выражающиеся в интеграции их исследовательских задач; проведен анализ того, в какой мере вопросы современной микро- и мегафизики нашли отражение в образовательных стандартах и программах по физике для профильной школы, проанализированы возможности различных УМК в формировании у учащихся квантовых представлений; представлены результаты констатирующего этапа экспериментального исследования.

Анализ литературы и диссертационных исследований позволил обосновать целесообразность исследования, в первую очередь, возможности включения в школьное физическое образование вопросов современной микрофизики^ и мегафизики. Их содержание было отобрано на основе работы В.Л. Гинзбурга , в которой названы наиболее актуальные задачи физики и астрофизики на пороге XXI века, а именно:

Микрофизика: Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика. Квантово-полевое описание взаимодействий. Единая теория слабого и электромагнитного взаимодействия. Стандартная модель. Хиггсовский механизм. Великое объединение. Суперобъединение. Теория струн. Взаимодействие частиц при высоких и сверхвысоких энергиях. Коллайдеры.

Мегафизика: Космологическая проблема. Связь между космологией и физикой высоких энергий. Нейтронные звезды и пульсары. Черные дыры. Космические струны. Квазары и ядра галактик. Образование галактик. Проблема скрытой массы (темной материи) и ее детектирования.

В учебно-методических комплектах по физике для средней школы базового и профильного уровней обучения вышеперечисленные вопросы отражены недостаточно. В стандарте среднего (полного) общего образования по физике профильного уровня при описании обязательного минимума содержания основных образовательных программ в разделах «Квантовая физика» и «Строение Вселенной» подразумеваются современные представления об элементарных частицах; фундаментальных взаимодействиях, законах сохранения в микромире, применимости фундаментальных законов физики к космическим объектам и явлениям;

1' Гинзбург В.Л.«Физический минимум» — какие проблемы физики и астрофизики представляются особенно важными и интересными в начале XXI века?// Успехи физической науки Т. 177 №4. 2007

космическим исследованиям, к эволюции Вселенной, однако, это учтено далеко не во всех УМК. Лишь в УМК Касьянова В.А. большое внимание уделяется вопросам современной науки, в частности разработано приложение к учебнику по вопросам астрофизики.

В главе раскрыты особенности микрофизики и мегафизики с точки зрения их взаимосвязи в современных научных исследованиях при рассмотрении таких вопросов, как темная материя и темная энергия, «допланковская» Вселенная, квантовая теория гравитации, «космические ускорители, физический вакуум и др. Данная взаимосвязь с трудом прослеживается в существующих школьных учебниках по физике, и без соответствующих пояснений учителя школьнику может показаться отнюдь не очевидной.

Вопрос формирования представлений о современной науке в области микро- и мегафизики в диссертационных исследованиях по частным методикам представлен недостаточно, по большей степени работами, посвященными проблемам изучения астрофизики в школе (Галкина Т.А., Максименко Е.В., Матарцева Е.А., Никитина Г.А., Ромас И.А., Румянцев А.Ю.), проблемам обучения студентов педагогических вузов вопросам современной физики (Максименко Е.В., Михайлишина Г.Ф., Пигарев А.Ю., Федорова Ю.В.). Немало диссертационных исследований посвящено вопросу формирования у учащихся квантовых представлений (Алиев Н., Бершадский М.Е., Будный Б.Е., Блохина Н.Г, Десненко С.И., Косолапова JI.B., Кулаков В.Е., Левашов A.M., Марков В.Н., Немых O.A., Славгородская Т.П., Хапова Л.В. и др.). В большинстве своем эти работы посвящены решению методических проблем освоения учащимися понятийного аппарата квантовой физики, но не содержат методических решений проблемы отражения современных (конец XX - начало XXI века) исследований в этой области в школьном курсе физики.

Учебно-методической литература, посвященная данной проблематике, обращена в основном к высшему профессиональному образованию, в том числе таким дисциплинам, как «Концепция современного естествознания», «История и методология физики». Эти издания, также как и большое количество научной и научно-популярной литературы по современной физике, безусловно, полезны учителю в вопросах самообразования и отбора содержания для его последующего изучения в школе, но не предусматривают методической поддержки учителя в формировании у школьников обсуждаемых представлений. Особую ценность среди литературы для учителя представляют работы Тарасова Л.В., в которых отражены некоторые методические особенности ознакомления учащихся с вопросами современной науки, но, к сожалению, не раскрыты возможные конкретные пути включения этих вопросов в процесс обучения школьников.

Сказанное свидетельствует об актуальности избранной темы исследования, что подтвердили и результаты констатирующего педагогического эксперимента, который проводился в два этапа:

1 этап: 2007 г. Цель - исследование состояния проблемы изучения вопросов современной физики (СФ) в школе. Анкетирование преподавателей школ проводилось с целью выяснения их отношения и готовности к

преподаванию основ современной физики в школе. Анкетирование учащихся профильной школы выявляло их заинтересованность в изучении современной физики. По мнению учителей и учащихся современная физика должна быть неотъемлемой частью процесса обучения физики в старшей школе, учащиеся готовы и хотят изучать современную физику в разном объеме и разных формах, но учителя не готовы к преподаванию современной физики, а система их подготовки и повышения квалификации не дает им глубоких знаний в этом направлении.

2 этап: 2008 г. Цель - выявление уровня подготовки учащихся по вопросам квантовой физики обязательного минимума содержания для профильного уровня обучения. Результаты проведенного тестирования показали, что большинство учащихся с трудом осваивает понятийный аппарат квантовой физики, в том числе физики элементарных частиц, недостаточно хорошо ориентируется в мировоззренческих аспектах квантовых представлений, с трудом осознает эмпирическую базу и динамику становления квантовой физики, но при этом хорошо ориентируется в решении ключевых расчетных задач, необходимых для выполнения тестов ЕГЭ. Это привело к идее о целесообразности изменения содержания и структуры учебного материала по квантовой физике и элементам астрофизики в соответствии с историческим и логическим подходом к его изложению.

Во второй главе диссертации «Экспериментальные и теоретические основы методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе» на основе результатов поискового эксперимента выявлены особенности современной физики, определяющие ее образовательный потенциал, сформулированы принципы отбора учебного материала, отобрано и адаптировано содержание вопросов современной физики для его изучения школьниками, выявлены формы, методы и средства обучения, разработана модель методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе.

В начале первой главы обоснован образовательный потенциал современной физики как возможность оказывать влияние на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых. Взаимосвязь развития некоторых сфер личности и инструментов процесса формирования представлений учащихся о современной физике представлена в таблице 1.

Таблица 1

Связь развития личностных сфер учащихся с изучением __современной физики_

Личностная сфера Инструмент развития

Мотивационная сфера Мотивация в учебно-познавательной деятельно- Содержание вопросов современной науки: - красота физических теорий; - парадоксальность физических знаний; - неожиданность многих выводов из изученных закономерностей; - определение границ непознанного в современной науке;

сти как стимулирование и поддержание познавательной и поведенческой активности

- судьбы представителей современной научной общественности, которые сегодня определяют прогресс человечества;

- борьба за лидерство в области науки и технологий в мире;

- рассмотрение области применимости школьных знаний и их прикладного значения как фактора, влияющего на выбор учащимися 11 класса будущей профессии и стимулирующего к самообразованию в других областях современной науки.

Когнитивная сфера

диалектическое мышление как особая форма мышления, позволяющая вскрывать и разрешать противоречия действительности;

понимание как способность осмыслять, постигать содержание, смысл и значение чего-либо;

память как способность к воспроизведению прошлого опыта и имеющихся знаний.

Креативная сфера

- дивергентное и конвергентное мышление, интеллектуальная инициатива, творческая активность, чувствительность к проблеме, легкость в поиске проблемы

Методологические вопросы современной физики ¿диалектика необходимого и случайного, симметрии и ассиметрии, единичного и общего и т.п.).

Современные теории объединения как компонент современных представлений о физической картине мира, о роли и месте в ней вопросов об элементарных частицах, их взаимодействии, границах физического познания и др.

Современная ускорительная техника - генерализация знаний из различных областей физики при исследовании структуры материи: оптика - особенности физических методов наблюдения объектов различных масштабов, электродинамика - особенности поведения частиц в электромагнитном поле, «управление» скоростью и траекторией частиц; свойства сверхпроводящих материалов, термодинамика - вакуумная и криогенная техника, квантовая физика — изучение рождения и превращения элементарных частиц.

Стандартная модель - современная классификация элементарных частиц, объяснение существования массы.

«Планковские» величины» - границы применимости и возможности современных физических теорий.

Роль элементарных частиц в эволюции Вселенной, взаимосвязь физики высоких энергий и исследований астрофизических объектов - единство подходов микрофизики и метафизики как особенность новой картины мира,.

Альтернативные физические теории строения материи и эволюции Вселенной (теория струн и М-теория) - противоречивость и относительная справедливость современных физических знаний как фактор формирования критического мышления.

Организация учебно-исследовательской, проектной и информационно-познавательной деятельности, отличающейся:

- реализацией межпредметных связей физики и медицины, биологии, экономики, астрономия и др.;

- интеграцией знаний из различных областей физики;

- востребованностью умений ориентироваться в большом потоке информации и критически её анализировать;

- особой ролью моделирования физических явлений;

- наличием проблемных учебных физических задач как отражения «открытых» и нерешенных вопросов в науке;

- опорой на конкурирующие физические концепции и теории,

Отбор содержания вопросов современной физики и их адаптация к школьному уровню знаний осуществлялись в соответствии с представлениями о роли физики в формировании системы научных знаний и познавательной деятельности учащихся, представленные в работах Л.Я. Зориной, Н.С. Пурышевой, а также с ориентацией на образовательный современной науки.

потенциал

Были сформулированы основные требования к отбору содержания вопросов современной науки стали: соответствие дидактическим принципам (сочетание научности и доступности, системности, профессиональной направленности, наглядности), а также взаимосвязь с содержанием курса физики в целом, следование принципам мотивации учащихся к дальнейшему самостоятельному изучению современной физики, эмоциональности воздействия на учащихся, актуальности проблем для науки, техники и прогресса Человечества.

Поиск возможных форм введения в школьное физическое образование на первых этапах привел к идее создания элективного курса. Элективные курсы реализуются за счет школьного компонента и выполняют функции дополнения и развития содержания основного курса, а также удовлетворяют разнообразные познавательные интересы школьников, выходящие за рамки выбранного им профиля обучения.

Элективный курс, созданный на этапе поискового эксперимента и названный впоследствии «Современная микрофизика и эволюция Вселенной», предназначен для учащихся 11 классов различных уровней и профилей обучения. Этот курс дополняет раздел «Квантовая физика и элементы астрофизики» для базового уровня изучения физики и разделы «Квантовая физика» и «Строение Вселенной» для профильного уровня. Объем элективного курса 16ч. Место курса — второе полугодие 11 класса.

Цели курса: формирование представлений о строении материи и эволюции Вселенной, физических законах, действующих в микро и мегамире с учетом новых открытий и достижений; развитие мышления, понимания смысла и значения полученных знаний, памяти, мотивации в учебно-познавательной деятельности, творческих способностей и интеллектуальной инициативы.

Содержание программы элективного курса представлено шестью тематическими блоками: 1. Развитие представлений о строении атома. 2. Развитие представлений о строении ядра. Элементарные частицы. 3. Фундаментальные взаимодействия. 4. Эксперименты по изучению частиц высокой энергии. 5. Основные задачи современной микрофизики. 6. Основные задачи современной астрофизики.

Содержание материала элективного курса для групп базового и профильного уровня изучения физики едино, отличие заключено в содержании заданий для подготовки к урокам-конференциям и зачетным мероприятиям, которые в предложенной методике должны учитывать особенности различных профилей. Так, например, задания для их выполнения учащимися социально-гуманитарного профиля предусматривают формирование умений готовить статьи о научных открытиях, писать очерки, готовить презентации и доклады на научную тематику, проводить интервьюирование. Задания для учащихся биолого-химического профиля, должны отражать межпредметные связи физики с данными дисциплинами, что может выражаться в обсуждении таких вопросов, как адронная терапия раковых опухолей, позитронно-эмиссионная

томография, мюоииая химия, цифровые малодозные рентгеновские установки и

др.

В ходе первого этапа поискового эксперимента была создана методика (содержание, формы, методы и средства обучения) реализации образовательного потенциала современной физики в форме элективного курса для различных уровней и профилей обучения. Однако введение подобного элективного курса «на финише» школьного образования достаточно рискованно (курс может оказаться невостребованным со стороны учащихся), стало ясно, что целесообразно исследовать возможность изучения вопросов современной науки в самом курсе физики.

На втором этапе поискового эксперимента разрабатывалась методика формирования представлений учащихся о современной микро- и мегафизике в основном курсе физики профильного уровня обучения, в основу которой были положены идеи, сформулированные в первой главе диссертации, а именно:

- органичное сочетание традиционно изучаемых в общеобразовательной школе вопросов с современными вопросами физики;

- реализация взаимосвязи и единства современной квантовой физики и астрофизики;

- структурирование содержания с точки зрения реализации в единстве исторического и логического подхода в обучении.

Разработанный единый раздел «Квантовая физика и строение Вселенной» для учащихся 11 класса профильного уровня обучения имеет особенности:

- разделение раздела на шесть тематических блоков, последовательность которых соответствует идее реализации исторического и логического подходов в обучении, направленные на стимулирование и поддержание познавательной и поведенческой активности учащихся;

- наличие тематического блока мотивационного и подготовительного характера (предыстория квантовой физики);

- наличие тематического блока интегрированного содержания микро- и метафизики «Элементарные частицы и Вселенная».

Структура и краткое содержание раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» выглядят следующим образом.

Тематический блок №1 «Экспериментальные доказательства сложной структуры материи» Развитие представлений о строении вещества от античности до Эпохи Возрождения ^ Электрические явления в веществе. Катодные лучи

Рентгеновские лучи. Начало исследования радиоактивности. Естественная радиоактивность ч» Явление фотоэффекта «I» Спектры и спектральный анализ Тепловое равновесное излучение

Тематический блок №2 «Квантовая теория. Строение атома» Гипотеза Планка. Объяснение теплового равновесного излучения Законы фотоэффекта

♦ Модели строения атома: Томсона, Резерфорда; Бора-Резерфорда. 41 Элементы квантовой механики. Квантово-механическая модель атома

Тематический блок №3 «Строение атомного ядра» 4> Протонно-нейтронная модель атомного ядра 4» Энергия связи. Дефект масс 4 Искусственная радиоактивность

Тематический блок №4 «Элементарные частицы. Физика высоких энергий» 4- Введение в физику высоких энергий. Характерные размеры и энергии

Способы регистрации и исследования частиц в микромире. Современная ускорительная техника.

4» Элементарные частицы. Кварковый состав частиц.

А Обменный характер взаимодействия элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия.

4 Стандартная модель элементарных частиц А Современные задачи физики элементарных частиц

Тематический блок №5 «Элементарные частицы и Вселенная» 4» Космологическая модель эволюции Вселенной

4» Концепции объединения элементарных частиц и их место в эволюции Вселенной 4» Современные теории эволюции Вселенной Л Современные задачи астрофизики

Тематический блок №6 «Строение Вселенной» «к Астрономические структуры + Эволюция звезд ■4 Солнечная система

Одно из главных отличий предлагаемой модели содержания и структуры единого раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» от существующих состоит в наличии тематического блока «Экспериментальные доказательства сложной структуры материи», с изучения которого рекомендуется начать знакомство с квантовой физикой. Этот блок является мотивационным этапом в изучении квантовых идей, знакомит учащихся с ее эмпирической базой. Здесь имеет место изучение таких вопросов, как естественная радиоактивность, рентгеновское излучение, спектры и спектральный анализ, явление фотоэффекта, тепловое равновесное излучение. Все эти вопросы существующих УМК обсуждаются в разных темах, а в предлагаемой модели оказываются в одном тематическом блоке и именно это, как показало исследование, мотивирует учащихся на освоение материала раздела в целом и позволяет реализовать идею единства исторического и методологического подходов в изучении раздела.

Второй тематический блок «Квантовая теория. Строение атома» начинается с введения квантовых представлений, объяснения рассмотренных в предыдущем блоке явлений теплового равновесного излучения и фотоэффекта, раскрывает физический смысл постоянной Планка, который слабо представлен в современных школьных учебниках. Далее логично следует знакомство с

развитием научных взглядов на строение атома от модели Томсона до квантово-механической модели. Таким образом, оказывается, что квантовые свойства света и строение атома обсуждаются во взаимосвязи друг с другом.

Блок «Строение атомного ядра» имеет классическое содержание за исключением отсутствия изученного ранее в первом блоке явления естественной радиоактивности, закона радиоактивного распада и правил смещения Содди.

Одним из самых насыщенных по содержанию вопросами современной физики является четвертый блок — «Элементарные частицы. Физика высоких энергий». Его содержание включает изучение современных классификаций элементарных частиц, физических экспериментов в области исследования микромира, и, наконец, теории описания взаимодействий элементарных частиц и элементов квантово-полевой теории. Большинство вышеперечисленных вопросов отсутствует в существующих УМК, что ограничивает понимание учащимися особенностей физики высоких энергий, актуальных задач и экспериментов в этой области, их значимости для понимания научной картины мира.

Не менее «осовремененным» является пятый блок «Элементарные частицы и Вселенная», который раскрывает взаимосвязь исследований в области микро-и мегамира, применимость исследований микромира для объяснения процессов, происходивших на ранних этапах эволюции Вселенной и определяющих наш мир сегодня таким, какой он есть. Здесь изучаются такие вопросы, как космологическая модель, черные дыры, проблема скрытой массы (темной материи) и ее детектирования, а также знакомство с современными альтернативными теориями рождения и эволюции Вселенной.

Завершается раздел шестым блоком «Строение Вселенной», открывая учащимся мегамир во всем его многообразии - от Солнечной системы до Вселенной в целом.

Результаты второго этапа поискового эксперимента показали, что изучение современной физики требует применения индивидуализированных технологий. Включение в основной учебный материал для профильной школы вопросов современной науки может привести к информационной перегрузке учащихся, требует от учителя или корректировки учебного времени на изучение тех или иных вопросов, или организации ознакомления учащихся с новыми вопросами в рамках «дополнительного чтения», или внедрения наиболее продуктивных форм организации обучения.

Это последнее решение и стало предметом исследования последнего (третьего) этапа поискового эксперимента, в ходе которого мы обратились к Дальтон-технологии, в рамках которой предусмотрена организация обучения по Дальтон-плану.

Дальтон-план - элемент личностно-ориентированной технологии Дальтон. В рамках организации работы по Дальтон-плану предполагаются:

- наличие Дальтон-плана по каждой теме, содержащего систему заданий обязательного и вариативного содержания;

- различные виды работы — работа с учебником и дидактическими материалами, с дополнительными источниками информации, экспериментальные задания, исследовательские работы, подготовка отчетов, докладов, презентаций, выступлений и др.;

- указание в задании сроков выполнения, планируемые результаты -предметные и личностные, календарно-тематическое планирование уроков в теме, рекомендуемая информационная база.

Основное преимущество работы по Дальтон-плану — учет индивидуальных способностей, интересов в выполнении дополнительных заданий, а главное -темпа работы учащихся. Учащиеся, получив Дальтон-задание, самостоятельно планируют работу над полученными заданиями, выполняют их в соответствии с самостоятельным выбором дополнительных заданий, ведут учет своей работы, работают с дополнительными источниками информации.

Изучение вопросов современной науки в контексте предложенных форм и методов обучения усиливает ее образовательный эффект, так как предполагает развитие умений самостоятельно определять цели деятельности и составлять планы деятельности, самостоятельно осуществлять, контролировать и корректировать деятельность, формирует нацеленность на результат, мотивирует на творчество и саморазвитие.

Третий этап поискового эксперимента позволил разработать методику реализации образовательного потенциала изучения современной физики в разделе «Квантовая физика и строение Вселенной» с использованием технологии Дальтон. Были разработаны Дальтон-задания и рекомендации к планированию учебных занятий по шести тематическим блокам, что соответствует полному переходу на обучение в формате Дальтон-технологии. Но возможно и ее частичное применение при изучении отдельных тем.

Таким образом, в ходе поискового этапа эксперимента была создана методика реализации образовательного потенциала современной физики, обобщенное представление которой представлено в форме модели методики, включающей традиционные для методической системы компоненты (схема 1).

Целевой компонент модели определяется идеей формирования у учащихся современных представлений в области микрофизики и метафизики, процесс изучения которых направлен на развитие мотивационной, когнитивной и креативной сфер учащихся. В содержательном компоненте отражены вопросы современной микро- и метафизики. Процессуальный компонент модели включает такие формы, как уроки основного курса физики профильного уровня обучения, на которых в единстве рассматриваются квантовые идеи и вопросы астрофизики с применением Дальтон-заданий, их частичным применением и без них, занятия элективного курса, проектно-исследовательскую деятельность.

Методы, применяемые при обучении современной физике, должны иметь продуктивный характер и быть направлены на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых. При описании некоторых методических решений в обучении современной физики особая роль

ЦЕЛЕВОЙ КОМПОНЕНТ

Цель: формирование представлений о строении материи и эволюции Вселенной, физических законах, действующих в микро и мегамире с учетом новых открытий и достижений, направленное на развитие мыслительных процессов учащихся, понимания смысла и значения полученных знаний, памяти, мотивации в учебно-познавательной деятельности, творческих способностей и интеллектуальной инициативы.

_Задачи_

4» Знакомство с современным состоянием физических исследований ^ Формирование осмысленных и глубоких знаний современной физики 4» Стимулирование и поддержание познавательной и поведенческой активности 4» Формирование потребности в самообразовании

А Формирование творческих способностей и интеллектуальной инициативы 4» Профессиональная ориентация учащихся на основе знакомства с областями применения современных физических знаний

СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТ

Принципы отбора содержания учебного материала по современной физике для _изучения его школьниками_

А Дидактические принципы: сочетание научности и доступности, системность, профессиональная направленность, наглядность

+ Увлекательность, эмоциональное воздействие на учащихся

4» Опора на содержание основного курса физики, его дополнение и создание условий

для его дальнейшего успешного изучения «к Актуальность для науки, техники и прогресса Человечества в целом 4» Мотивация учащихся к дальнейшему самостоятельному изучению некоторых вопросов

Современная микрофизика

Современная мегафизика:

ПРОЦЕССУАЛЬНЫЙ КОМПОНЕНТ Формы обучения_

Методы обучения

Курс физики профильного уровня в едином разделе «Квантовая физика и строение Вселенной»

4» Элективный курс «Современная микрофизика

и эволюция Вселенной» ^ Проектно-исследовательская деятельность «Ь Система Дальтон-планов и Дальтон-заданий

Средства обучения

Проблемный, объяснительно-иллюстративный, исследовательский, интерактивный

- Мультимедийное приложение «Современная микрофизика и эволюция Вселенной»;

- Дальтон-задания и Дальтон-планы,

- ЦОР;

- интерактивные упражнения;

- физический эксперимент; -обобщающие таблицы, схемы

ДИАГНОСТИКО-РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ

Диагностика у учащихся: уровня сформированности знаний по некоторым вопросам современной микро и метафизики; предметных результатов по вопросам квантовой физики и элементов астрофизики; уровня развития познавательной активности, интеллектуальной инициативы

Результаты: Развитие мотивацион-ной, когнитивной и личностных сфер учащихся

Схема 1. Модель методики реализации образовательного потенциала современной физики

в диссертационном исследовании уделена технологии Дальтон-плана и разработке соответствующего мультимедийного приложения к процессу обучения как необходимого средства его сопровождения на всех этапах. Показатели результативности формирования представлений учащихся о современной физике в соответствии с разработанной моделью представлены в диагностическом блоке набором образовательных результатов учащихся, достижение которых определяет развитие когнитивной, мотивационной и креативной личностных сфер обучаемых.

Предлагаемые модель конкретизирована в третьей главе

диссертационного исследования «Методика реализации образовательного потенциала современной микро- и мегафизики в профильной школе».

Для изучения современной физики в едином разделе «Квантовая физика и строение Вселенной» разработаны методические рекомендации к подготовке уроков по шести тематическим блокам раздела. Методические рекомендации разработаны с учетом особенностей и роли каждого тематического блока в достижении необходимых образовательных результатов с указанием средств и методов обучения, а также возможных форм организации уроков.

Календарно-тематическое планирование составлено так, что включение вопросов современной физики в содержание учебного материала не увеличивает нагрузку на учащихся. Место различных типов и видов уроков, наиболее часто используемых в обучении, также указано в календарно-тематическом планировании.

Для изучения раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» разработаны Дальтон-задания и рекомендации к планированию учебных занятий по шести тематическим блокам, что соответствует полному переходу на обучение в формате Дальтон-технологии. Но возможно и ее частичное применение при изучении отдельных тем.

Пример Дальтон-задания по теме «Элементарные частицы» Дальтон - задание по теме «Элементарные частицы» Сроки выполнения: 2 недели (11 уроков) Цель выполнения задания Предметные результаты:

необходимо знать единицы, используемые в физике высоких энергий; способы детектирования заряженных частиц в различных устройствах: камере Вильсона, счетчике Гейгера, масс-спектрографе, фотоэмульсиях; устройство ускорителя на встречных пучках, устройство и задачи экспериментов на коллайдере ЬНС; значение термина элементарная частица, условия наблюдения, рождения и превращения элементарных частиц, античастицы и антиматерия; кварково-цветовая структура частиц; суть обменного характера взаимодействия частиц и понятие о частицах-переносчиках взаимодействий (глюон, фотон, бозон, гипотетический гравитон), фундаментальные взаимодействия; современная классификация элементарных частиц по спину (фермионы и бозоны).

- необходимо уметь определять характеристики частиц по фотографиям ее трека; определять основные элементы ускорителя в интерактивных упражнениях, находить ошибку в предложенных моделях управления пучками в ускорителе; «читать» диаграммы Фейнмана, описывающие взаимодействие частиц; составлять кварковую структуру протона, нейтрона,

пи-мезона; определять константы электромагнитного и гравитационного взаимодействий, составлять диаграммы Фейнмана для фундаментальных взаимодействий. Личностные результаты:

Стратегическое планирование работы над заданием, своевременная сдача отчета по работе; проявление инициативы к выполнению творческого задания; стремление к самообразованию, расширение кругозора в вопросах, выходящих за рамки обязательного материала; овладение основными методами получения информации в сети, умение анализировать научную и научно-популярную литературу в процессе подготовки задания; умение готовить и представлять доклады, создавать мультимедийные презентации к выступлению; готовность к сотрудничеству, формирование коммуникативных умений при работе в группе на Дальтон-уроке.

Рекомендуемая литература и сайты сети ИНТЕРНЕТ: Распределение уроков:

1. Урок-лекция - 6ч

2. Дальтон-урок - 4ч

№ Виды работы Задание (обязательное) Дополнительное задание(по выбору)

1 Работа с учебником и дидактическими ма-териачами. Работа с дополнительными источниками информации Освоить элементы знаний, представленные в содержании «предметных результатов». Выполните задачи №..................... Подготовьте небольшое сообщение (до 3 стр.) по следующим вопросам: 1. Исследования антивещества и его свойств в современной науке 2. Роль российских ученых в экспериментах ЦЕРНа 3. Методики и приборы, которые явились побочным результатом изучения эл-ых частиц: как адронная терапия раковых опухолей, позитронно-эмиссионная томография, мюонная химия, цифровые мало-дозные рентгеновские установки и др.

2. Лабораторная работа, домашний эксперимент, внеаудиторный эксперимент, учебный проект и др. 1) Используя интернет-ресурс Online Science Classroom, «постройте» свой коллайдер, «проверьте его работу», опишите результаты наблюдений; 2) Выполнить лабораторную работу «Идентификация заряженной частицы по ее треку» 1) Используя интерактивное приложение «Collider» для Apple и Android изучите процессы столкновения частиц на конкретном примере, опишите результаты наблюдений 2)Предложите способ сборки камеры Вильсона и возможности исследования частиц космического излучения в этой установке. По возможности выполните работу. Оформите задание в форме описания экспериментальной работы по исследованию частиц в камере Вильсона.

3. Подготовка отчета, подготовка доклада, презентации, еыступчения Подготовка отчета о работе с представлением этапов и сроков выполнения отдельных заданий Представьте выступление о проделанной работе в рамках дополнительного самообразования (до 5 мин). В случае работы в группе - выступление представителя группы с указанием роли всех участников.

4. Контроль Тест по теме Рецензия на выступление

Далее в третьей главе представлена методика реализации образовательного потенциала изучения современной физики в форме элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной» для профильной школы. Приводится пояснительная записка к программе, содержание занятий элективного курса, календарно-тематическое планирование и методические рекомендации к проведению занятий, темы для организации проектной деятельности.

Одним из самых важных методических средств в изучении современной физики, как в форме элективного курса, так и в основном курсе является мультимедийное сопровождение. В ходе исследования разработано мультимедийное приложение, которое представляет собой цикл презентаций, сопровождающий изучение раздела «Квантовая физика и строение Вселенной», а также элективный курс «Современная микрофизика и эволюция Вселенной». Презентации распределены по тематическим блокам (6 тематических блоков, 249 слайдов). Слайды презентаций содержат рисунки, иллюстрирующие явления и модели микромира и мегамира, схемы экспериментов, анимации, видеофрагменты, интерактивные упражнения, схемы, графики, таблицы, портреты и фотографии ученых и текстовый комментарий к ним.

В четвертой главе «Экспериментальная проверка гипотезы о возможности реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе» дается общая характеристика экспериментального исследования (таблица 2) и описан его обучающий этап.

Таблица 2

Общая характеристика педагогического эксперимента_

Этапы эксперимента Годы Экспериментальная база (школы г.Москвы) Участники

Констатирующий 1этап 2007 г. 26 школ ЦАО г.Москвы 43 учителя, 97 учащихся

2этап 2008 г. Школы №354, №346, №27, №1557, №1480 112 учащихся

Поисковый 1 этап 2008г. Школа №354 23 учащихся, 1 учитель

2 этап 2009г Школа №354 28 учащихся, 1 учитель

Зэтап 2010 г. Школы №354 26 учащихся, 1 учитель

Обучающий (2011—2013гг) Школы №354, №1557, №27, №1679 107 учащихся экспер.групп, 84-контр.групп, 4 учителя

Результаты констатирующего этапа эксперимента описаны в первой главе диссертации. Результаты поискового этапа эксперимента описаны во второй главе диссертации.

Целью обучающего этапа эксперимента была проверка гипотезы исследования о влиянии разработанной методики реализации образовательного потенциала современной физики на развитие мотивационной, когнитивной и креативной сфер личности учащихся.

В школе №27 (группа 1) была апробирована методика изучения современной науки в форме элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной» для профильной школы. В школах №1557 и №1679

(группы 2 и 3) была апробирована методика изучения современной науки в основном курсе физики в едином структурируемом разделе «Квантовая физика и строение Вселенной». В школе №354 (группа 4) была апробирована методика изучения современной науки в основном курсе физики в классах профильного уровня обучения с использованием технологии Дальтон.

На этом этапе применялись традиционные методы педагогического эксперимента: анкетирование и тестирование с поэлементным анализом, статистическая обработка результатов; беседы с учителями и учениками, экспериментальное преподавание, наблюдения. Результаты обучающего этапа эксперимента представлены в таблице 3.

В ходе сравнительного эксперимента выявлено влияние разработанной методики на развитие мотивационной сферы учащихся. Четыре контрольные и три экспериментальные группы прошли анкетирование по выявлению уровня познавательной активности учащихся при изучении физики. Анкетирование на входе позволило определить стартовую оценку уровня познавательной активности, анкетирование на выходе показало прирост изменений. Рост развития мотивации в экспериментальных группах оказался значительно выше, чем в контрольных, в одной из которых была отмечена отрицательная динамика. Самый высокий прирост наблюдался в группе, изучавшей современную физику в формате Дальтон-технологии.

Была выявлена динамика образовательных результатов учащихся экспериментальных и контрольных групп. Прирост образовательных результатов Дх определялся разницей между средним результатом х2 в тестовом задании по образовательному минимуму содержания для профильного уровня по квантовой физике и стартовым качеством знаний Х|, определявшимся по итогам диагностических работ. Учащимся предлагались задания на понимание физического смысла явлений, законов и понятий квантовой физики, физических методов и способов исследования микромира; задания, требующие умений ориентироваться в исторической последовательности открываемых законов и явлений; качественные и расчетные задачи. Результаты выполнения заданий позволили в совокупности оценить уровень понимания и осмысления изучаемого материала, уровень развития умственных процессов, лежащих в основе познания, а также способность к воспроизведению прошлого опыта и имеющихся знаний, то есть развитие когнитивной сферы учащихся. Анализ результатов тестирования выявил больший прирост предметных образовательных результатов в экспериментальных группах (почти на 15%), чем в контрольных. Более того, результаты трех контрольных групп показали отрицательную динамику. Анализ учебно-методических материалов учителей, а также их анкетирование на предмет определения творческо-ориентированных элементов обучения, а также количества учащихся, задействованных в выполнении творческих заданий, в совокупности определяющие развитие креативной сферы учащихся, выявил значительное преимущество методики, разработанной в данной диссертации и представленной в ее третьей главе.

Результаты обучающего этапа эксперимента

Таблица 3

Личност чая сфера Показатели влияния на личностную сферу Средства исследования Результаты экспериментальных групп Результаты контрольных групп

Мотива-ционная Динамика внутренней мотивации учебной деятельности учащихся при изучении физики АУ = У2-У1, где у] -стартовый уровень мотивации; У2- уровень мотивации по итогам изучения разделов «Квантовая физика» и «Строение Вселенной» Анкета по выявлению направленности и уровня развития внутренней мотивации учебной деятельности учащихся на разных этапах изучения физики 7% 8,3 % 6% 13% 0% 0,4 % -3,4 %

Когнитивная Динамика образовательных результатов: ДХ = Х2-Х1, где XI -стартовый образовательный результат (по итогам диагностических работ) Х2- средний результат контрольного тестового задания по теме «Квантовая физика» Итоговый тест по квантовой физике (обязательный минимум содержания для профильного уровня) Гр.1 9% Гр.2 11% Гр.З 10% Гр.4 10% Гр.5 -3% Гр.6 -5% Гр.7 -6%

Оценка уровня сформированное™ представлений о некоторых вопросах современной квантовой физики Тест «Определение уровня сформированное™ представлений о некоторых вопросах современной квантовой физики» 83% 70% 75% 86%

Креативная Количество творческо-ориентированных заданий для организации самостоятельной проектной и исследовательской деятельности учащихся Анализ учебно-методических материалов учителей, их анкетирование 30 50 50 30 6 4 8

Процент участников задействованных в выполнении творческих проектов 24 83% 58% 70% 100 % 16% 10% 1%

Изучение вопросов современной физики за счет своей содержательной части позволило расширить возможности в организации самостоятельной деятельности учащихся - учебно-исследовательской, проектной и информационно-познавательной, формируя творческие способности и интересы учащихся, отвечающие за развитие креативной сферы. А организация обучения по Дальтон-плану, являясь мощным мотивирующим фактором, усиливала этот эффект, гарантируя 100% участие школьников в творческой деятельности.

Таким образом, результаты обучающего эксперимента подтвердили гипотезу исследования.

Основные результаты и выводы

1. Проанализировано состояние проблемы изучения современной физики в педагогической теории и практике и показано, что современная физика слабо представлена в школьных УМК, а существующие научно-методические издания, посвященные этой проблеме, не содержат конструктивных решений задачи введения вопросов современной физики в школьное физическое образование.

2. Отобрано содержание вопросов современной науки по направлению микрофизика и мегафизика для их изучения в профильной школе.

3. Выявлены возможные формы изучения современной микро- и метафизики в профильной школе: изучение этих вопросов в курсе физики в едином разделе «Квантовая физика и строение Вселенной» с применением Дальтон-технологии и без неё и на занятиях элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной».

4. Сформулированы требования к содержанию и структуре учебного материала раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» основного курса с учетом вопросов современной науйи и элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной», конкретизирован, адаптирован и структурирован учебный материал для изучения его учащимися профильной школы в вышеизложенных формах.

5. Разработана модель методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе в форме описания основных компонентов методической системы формирования представлений учащихся о современной физике.

6. Разработана методика реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе для каждой из предложенных форм обучения, целевой компонент которой направлен на развитие когнитивной, мотивационной и креативной личностных сфер обучаемых.

7. Создано мультимедийное сопровождение к изучению квантовой физики и элементов астрофизики в школьном курсе физики с учетом современных открытий и теорий.

8. Экспериментально доказано, что если включить вопросы современной физики в содержание школьного физического образования и обеспечить условия для их освоения с применением продуктивных методов и форм

обучения, то это окажет существенное влияние на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых.

В направлении дальнейших исследований, в первую очередь, большой интерес представляет создание методики формирования представлений школьников о «hi tech» (высоких технологиях), а также элементах современной макрофизики, в частности нанотехнологиях.

Содержание диссертации отражено в 11 публикациях, общим объемом 2,32 п.л. (авторских - 2,07 пл.).

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Лукашук О.Н. Изучение вопросов современной физики высоких энергий в основной школе/ О.Н. Лукашук II Школа будущего. - 2011. - №4, август. - C.73-7S. (0,2 п.л.)

2. Лукашук О.Н. Подготовка студентов педагогических вузов к преподаванию современной физики в школе/ О.Н. Лукашук // Школа будущего. - 2011. - Л»3, июнь. -С.54-56. (0,2 пл.)

3. Кондратович (Лукашук) О.Н. Дальтон-технология в преподавании современной физики/ О.Н. Кондратович, В.А. Ильин // Педагогическое образование и наука. - 2008. -№4. -С. 43-45. (0,2 пл., авторских - 0,1 п.л.)

Статьи в других изданиях

4. Кондратович (Лукашук) О.Н. Изучение вопросов современной микрофизики в школе/ О.Н. Кондратович// Преподавание физики в высшей школе: Научно-методический журнал. Москва, 2006.- №32- С.194-198. (0,3 п.л.)

5. Кондратович (Лукашук) О.Н. Формирование представлений о современной физике в профильной школе/ О.Н. Кондратович// Материалы VI Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития»: Научно-методический журнал №34. М.: МПГУ, 2007. - С. 39-41. (0,16 п.л.)

6. Кондратович (Лукашук) О.Н. Основы современной физики в профильной школе (Элективный курс) / О.Н. Кондратович// Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Часть 1. - М.: Школа Будущего, 2008. - С. 121-125. (0,2 п.л.)

7. Кондратович (Лукашук) О.Н. Подготовка студентов педагогических вузов к преподаванию современной физики в школе. / О.Н. Кондратович// Материалы VIII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Часть 2. - М.: МПГУ, 2009. - С. 86-89. (0,2 п.л.)

8. Кондратович (Лукашук) О.Н. Изучение вопросов современной физики высоких энергий в основной школе / О.Н. Кондратович// Материалы IX Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития»/ МПГУ; РГУ им. С .А. Есенина. -М„ Рязань, 2010.-4.1. -С.88-91. (0,2п.л.)

9. Кондратович (Лукашук) О.Н. Роль исследовательской работы в формировании школьников к саморазвитию / О.Н. Кондратович // Материалы IX Московской международной конференции «Образование в XXI веке - глазами детей и взрослых», М.: Издательство «Спутник+», 2009.-С. 136-138. (0,16 п.л.)

10. Лукашук О.Н. Проектирование ресурсного центра как инновационной модели современной школы / О.Н. Лукашук, Т.К. Родионова // Сборник статей Третьих Всероссийских Шамовских педагогических чтений научной школы Управления образованием: В 2 т. Т. 1. -М„ 2011. - С.190-194. (0,3 пл., авторских-0,15 п.л.)

11.Лукашук О.Н. Подготовка учителя физики к преподаванию вопросов современной науки / О.Н. Лукашук//Сборник трудов Всероссийского Съезда учит " хва,

МГУ, 28-30 июня 2011 года. - М.: МГУ, 2011 - С. 287-289. (0,2 п.л.)

Подписано к печати 14.04.2014 Объем 1,5 п.л. Заказ № 26 Тираж 100 экз.

ГУТ.МПГУ

Текст диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Лукашук, Олеся Николаевна, Москва

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский педагогический

государственный университет»

04201457883 На правах рукописи

Лукашук Олеся Николаевна

РЕАЛИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ В ПРОФИЛЬНОЙ ШКОЛЕ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Научный руководитель - доктор педагогических наук, профессор Шаронова Наталия Викторовна

Москва 2014

Оглавление

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

Глава 1. Анализ состояния проблемы изучения современной физики в педагогической теории и практике.................................................................17

1.1. Что такое современная физика............................................................................................17

1.2. Особенности современной микро- и мегафизики.............................................................20

1.3. Современная физика в учебно- методической литературе и диссертационных исследованиях..............................................................................................................................26

1.4. Констатирующий этап педагогического эксперимента....................................................43

Выводы по главе 1.......................................................................................................................57

Глава 2. Экспериментальные и теоретические основы методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе..............................................................................................59

2.1. Образовательный потенциал современной физики..........................................................59

2.2. Отбор содержания современной физики для его изучения в школьном курсе физики .......................................................................................................................................................68

2.3. Современная физика в элективном курсе профильной школы (I этап поискового эксперимента)..............................................................................................................................77

2.4. Современная физика в разделе «Квантовая физика и строение Вселенной» профильного уровня обучения (II этап поискового эксперимента).......................................83

2.5. Дальтон-технология в обучении современной физике (III этап поискового эксперимента)..............................................................................................................................90

2.6. Модель методики реализации образовательного потенциала изучения современной физики в профильной школе......................................................................................................99

Выводы по главе 2.....................................................................................................................101

Глава 3. Методика реализации образовательного потенциала современной микро- и мегафизики в профильной школе........................102

3.1. Содержание и структура раздела «Квантовая физика и строение Вселенной»..........102

3.2. Методические рекомендации к преподаванию раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» с учетом современных вопросов........................................................................107

3.3. Календарно-тематическое планирование изучения раздела «Квантовая физика и строение Вселенной»................................................................................................................143

3.4. Изучение раздела "Квантовая физика и строение Вселенной в формате Дальтон-технологии..................................................................................................................................147

3.5. Элективный курс «Современная микрофизика и эволюция Вселенной».....................159

Программа элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной»......159

3.6. Методические рекомендации к занятиям элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной......................................................................................164

3.7. Календарно-тематическое планирование элективного курса «Современная микрофизика и эволюция Вселенной»....................................................................................170

3.8. Мультимедийное сопровождение занятий по современной физике.............................175

Выводы по главе 3.....................................................................................................................180

Глава 4. Экспериментальная проверка методики изучения вопросов микро- и мегафизики в профильной школе...............................................181

4.1. Общая характеристика эксперимента...............................................................................181

4.2. Обучающий эксперимент..................................................................................................185

4.2.1.Изучение влияния современной физики на развитие мотивационной сферы личности.............................................................................................................................186

4.2.2.Изучение влияния современной физики на развитие когнитивной сферы личности.............................................................................................................................192

4.2.3.Изучение влияния современной физики на развитие креативной сферы личности .............................................................................................................................................199

Выводы по главе 4.....................................................................................................................204

Заключение.........................................................................................................205

Список литературы..........................................................................................207

Приложения........................................................................................................214

Введение

Открытия в физике XX века привели к накоплению огромного количества информации в новых областях физики, к появлению новых идей и теорий, приведших к созданию современной физики. Современное развитие науки характеризуется непрерывно возрастающим объемом знаний и необычайной абстрактностью и сложностью совершаемых открытий, вследствие чего появляется существенный разрыв между современным уровнем научных знаний и содержанием образовательных программ школы и вуза.

Самым популярным источником знаний о современных научных достижениях является отнюдь не школьный учитель, а средства массовой информации, поскольку современная физика с большим трудом входит в учебные программы и стандарты общего среднего образования.

В то же время в ФГОС среднего (полного) общего образования [155] при описании требований к предметным результатам освоения базового и углубленного курсов физики сказано, что необходимо обеспечить сформированность представлений обучаемых о роли и месте физики в современной научной картине мира, понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений.

В [21] авторами книги приведено высказывание С.П. Капицы о том, что каждое поколение должно написать свой учебник по физике. Возникают вопросы: пришло ли время для написания такого учебника и если да, то готово ли нынешнее поколение сделать это? И, самое главное, - каким должно быть содержание такого учебного издания?

Процесс получения знаний о современной науке в школе имеет ряд особенностей, а именно:

- формирует представления о современной научной картине мире;

- заставляет «реагировать» на информацию о недавно открытых физических явлениях и развивает потребность критически ее анализировать;

- формирует потребность в самообразовании в области физики;

- делает знания и понимание вопросов физической науки более

4

прочными и глубокими;

- позволяет интегрировать знания из различных областей физики;

формирует диалектическое мышление, представления о противоречивости и относительной истинности физических знаний;

- раскрывает область применимости школьных знаний и их прикладное значение в современных физических исследованиях;

- способствует профессиональной ориентации учащихся;

- предполагает решение большого количества проблемных физических задач, требующих продуктивного характера познавательной деятельности, и выполнение учебно-исследовательской, проектной и информационно-познавательной деятельности учащихся.

Это и многое другое определяет образовательный потенциал современной физики в школе как возможность ее изучения оказать влияние на развитие когнитивной, мотивационной и креативной личностных сфер обучаемых, в частности на развитие диалектического и творческого мышления, понимания, памяти, познавательной и творческой активности и пр.

К сожалению, новые достижения в физике со значительным трудом входят в стандарты, учебные программы и планы высшего и среднего образования. Фактически, школьники и даже студенты изучают преимущественно физические явления, открытые до начала 60-х годов XX столетия. В глазах школьников физика часто представляется застывшей системой, в которой даже небольшие изменения происходят крайне редко.

Таким образом, можно говорить о существовании противоречия между образовательным потенциалом современной физики и невозможностью его реализовать с применением существующих методик обучения, что определяет актуальность темы исследования «Реализация образовательного потенциала современной физики в профильной школе».

Особый интерес в обучении физике представляют несколько направлений современной науки, но лишь некоторые из них доступны школьникам, даже изучающим физику на профильном и углубленном уровнях. Подобными направлениями могут быть отдельные вопросы современной физики микромира и мегамира, особенностью которых является взаимосвязь современных физических исследований в этих, на первый взгляд, абсолютно разных по масштабам изучаемых объектов областях науки. Современным школьникам эта взаимосвязь отнюдь не очевидна.

Отсутствие обязательной дисциплины «Астрономия» привело к интеграции весьма ограниченного круга астрофизических вопросов в основной курс физики, но в сложившихся условиях этот материал зачастую выглядит никак не связанным с основным курсом физики, что с точки зрения современной науки не совсем правильно.

В настоящее время наиболее важным, в том числе с точки зрения решения задачи интеграции физики и астрономии, является исследование возможности включения в школьное физическое образование вопросов современной микро- и мегафизики. Эти вопросы могут изучаться в разделах «Квантовая физика» и «Строение Вселенной» курса физики профильного уровня обучения или «Квантовая физика и элементы астрофизики» базового уровня обучения физике.

Проблема формирования квантовых представлений школьников всегда

была одной из сложных ввиду специфики квантового описания свойств

материи, ограниченности экспериментальных работ в условиях школьной

лаборатории и других причин. Тестирование учащихся в рамках одного из

этапов констатирующего эксперимента показало, что большинство учащихся

с трудом осваивает понятийный аппарат квантовой физики, в том числе

физики элементарных частиц, с трудом осознает эмпирическую базу и

динамику становления квантовой физики, но при этом хорошо ориентируется

в решении ключевых расчетных задач, необходимых для выполнения тестов

ЕГЭ. Эти результаты привели к идее переструктурирования материала по

6

квантовой физике с учетом современных ее открытий и достижений, исторического и логического подходов к обучению, а также тесной связи с исследованиями в области астрофизики с целью формирования более глубоких знаний у учащихся в этой области физики, поддержание и развитие познавательной активности в процессе ее изучения.

Проблема исследования заключается в поиске ответа на вопрос, какой должна быть методика формирования представлений учащихся профильной школы о современной физике, чтобы реализовывался потенциал современной физики в обучении, воспитании и развитии обучаемых.

Объект исследования - процесс обучения учащихся вопросам современной физики в профильной школе.

Предмет исследования - методика реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе.

Цель диссертационного исследования состоит в обосновании и разработке методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе.

Гипотеза исследования формулируется следующим образом. Если включить вопросы современной микрофизики и мегафизики в содержание школьного физического образования и обеспечить условия для их освоения путем структурирования учебного материала в соответствии с идеями единства исторического и методологического подходов к обучению, отражения взаимосвязи современной микрофизики и астрофизики с применением продуктивных методов и форм обучения, то это окажет существенное влияние на развитие мотивационной, когнитивной и креативной личностных сфер обучаемых, а именно на сформированность познавательной и творческой активности, улучшение предметных образовательных результатов в области квантовой физики и астрофизики.

Задачи диссертационного исследования:

1) выявить состояние проблемы изучения современной физики в

общеобразовательной школе в педагогической теории и практике;

7

2) провести отбор содержания вопросов современной микро- и мегафизики для возможного их изучения в профильной школе;

3) выявить возможные формы изучения современной микро- и мегафизики в профильной школе;

4) сформулировать требования к содержанию и структуре учебного материала в контексте предложных форм обучения, его конкретизировать, адаптировать и структурировать;

5) разработать модель методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе;

6) обосновать и разработать методику реализации образовательного потенциала современной микро- и мегафизики в профильной школе для каждой из предложенных форм обучения;

7) разработать мультимедийное сопровождение к урокам и занятиям;

8) провести педагогический эксперимент по проверке гипотезы исследования.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют идеи концепций современного естествознания, сформулированные в работах Горбачева В.В., Голубевой О.Н., Дубнищевой Т.Я., Рузавина Г.Я., Суханова А.Д. [35,51,132,145]; работы по истории, философии и методологии физики, в частности современной физики, Ильина В.А.[63]; идеи о содержании и структуре современной науки, представленные в работах В.Л. Гинзбурга, С.Хоккинга [28,29,161]; общенаучные принципы психологии личности и основы когнитивной психологии Дж. Брунера, Дж. Келли, А. Маслоу, Ж.Пиаже, [13,71,85,115,]; идеи педагогов и методистов о принципах отбора содержания и структурирования курса физики, о влиянии физической науки на формирование личности, представленные в работах Лернера И .Я., Зориной Л.Я., Ланиной И.Я., Мощанского В.В., Мултановского В.В., Пурышевой Н.С., Важеевской Н.Е., Шароновой Н.В. и др [80,59,77,90,91,123,125,164].

Для решения поставленных задач применялись такие методы и виды деятельности, как теоретический анализ философской, психолого-педагогической, научно-методической, научной, научно-популярной и учебной литературы, сайтов сети Интернет; моделирование и проектирование деятельности учителя физики, осуществляющего обучение учащихся современным вопросам физики; наблюдение и анализ деятельности учителей и учащихся, их анкетирование с целью изучения состояния исследуемой проблемы в практике школы; педагогический эксперимент.

Научная новизна результатов исследования

1. Обоснована необходимость и возможность изучения вопросов современной микро- и мегафизики в профильной школе при изучении квантовой физики и строения Вселенной в основном курсе физики, на занятиях элективного курса и в проектно-исследовательской деятельности учащихся.

2. Обоснована целесообразность структурирования учебного материала по квантовой физике и астрофизике в профильном курсе физики с точки зрения реализации в единстве исторического и логического подходов в обучении, а также современных взглядов на взаимосвязь и единство квантовой физики и астрофизики.

3. Разработана модель методики реализации образовательного потенциала современной физики в профильной школе, характеризующаяся следующими особенностями:

- направленность на реализацию образовательного потенциала современной физики в школе в четырех формах - в элективном курсе «Современная микрофизика и эволюция Вселенной», в курсе физики профильного уровня при изучении единого раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» с использованием Дальтон-технологии и без неё, в форме проектно-исследовательской деятельности учащихся на материале современной

физики, неразрывно связанной с первыми двумя формами;

9

- построение единого раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» на основе реализации в единстве исторического и методологического подхода в обучении, а также современных взглядов на взаимосвязь и единство квантовой физики и астрофизики;

- преобладание активных продуктивных методов изучения вопросов современной физики, в частности организации обучения по Дальтон-плану.

4. Модель методики реализации образовательного потенциала современной физики дополнена частными моделями содержания и структуры раздела «Квантовая физика и строение Вселенной» и взаимосвязи развития сфер личности (когнитивной, мотивационной и креативной) и инструментов формирования представлений учащихся о современной физике.

5. Разработана методика реализации образовательного потенциала современной физики в пр