автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Учебный физический эксперимент с использованием современного оборудования как средство повышения эффективности учебного процесса

Автореферат диссертации по теме "Учебный физический эксперимент с использованием современного оборудования как средство повышения эффективности учебного процесса"

На правах рукописи УДК 372.851

Верховцева Марина Олеговна

УЧЕБНЫЙ ФИЗИЧЕСКИМ ЭКСПЕРИМЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровень общего образования)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

11 ПАР 2015

Санкт-Петербург 2015

005560060

005560060

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена».

Научный руководитель: Ляпцев Александр Викторович

Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой методики обучения физике Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена».

Официальные оппоненты: Иванов Вадим Константинович

Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой экспериментальной физики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-петербургский государственный политехнический университет».

Баркова Елена Юрьевна

Кандидат педагогических наук, учитель физики Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения лицей № 369 Санкт-Петербурга.

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Астраханский государственный университет»

Защита состоится «23» апреля 2015 г. в_ .асов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д.212.199.21, созданного на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена» по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д.48, корп. 3, ауд. 52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д.48, корп. 5) и на сайте университета по адресу: http://disser.her2en.spb.ni/Preview/Karta/karta 000000198.html

Ученый секретарь Диссертационного совета

Анисимова Надежда Ивановна

Актуальность исследования

Современный этап развития общества характеризуется целым рядом особенностей, выдвигающих новые требования к стратегии школьного образования. В настоящее время общество, которое принято называть постиндустриальным, определяется чрезвычайно высоким темпом развития новых технологий, что также отражается на приоритетах в стратегии образования. В ряде предметов, в том числе в физике, всё большую ценность приобретает не столько обучение конкретным знаниям, сколько формирование обобщённых познавательных, деятельност-ных, коммуникативных универсальных учебных действий, которые будут необходимы школьнику в будущей жизни. Для достижения данных целей обучение должно быть личностно-ориентированным.

Ещё одно требование времени к образованию связано с тем фактом, что в быстро изменяющемся мире наиболее продуктивным является гибкое мышление, способное анализировать границы применимости и эффективность использования той или иной теории в конкретной ситуации. При этом особое значение в обучении физике в настоящее время приобретает эксперимент, позволяющий школьникам учиться задавать вопросы природе, являющийся критерием правильности теоретической модели явлений. Поэтому в качестве методологического ядра школьного курса физики должно выступать диалектическое единство физической теории и учебного физического эксперимента (УФЭ). Между тем, эксперименту во многих школах уделяется недостаточное внимание, что усугубляется весьма медленным темпом обновления методического обеспечения современного оборудования школьного физического кабинета.

В настоящее время процесс модернизации затронул всю систему школьного образования и регламентируется рядом нормативных документов. Особенностью нового стандарта является его ориентация и на обучение, и на развитие учащихся путем введения в содержание образования деятельностной компоненты. Спектр требований к подготовке по физике выпускника основной и средней школы в связи с новыми целями и задачами образования значительно расширился. От выпускника школы требуется усвоение системы физических знаний, владение не только общеучебными умениями (к которым относятся, в частности, наиболее востребованные в настоящее время информационные умения), но и экспериментальными умениями. К последним относят не только умения, связанные непосредственно с выполнением эксперимента, но и умения формулировать и обосновывать гипотезы, совместно решать проблемы, выбирать и конструировать способ деятельности, оценивать результаты собственной и коллективной деятельности и пр.

Наконец, неотъемлемой особенностью современного мира является его информатизация. Современное общество часто называют информационным, определяя, таким образом, исключительную роль информации как одного из важнейших социально значимых факторов. Следовательно, одним из ориентиров образования должно стать практическое обучение школьников современным методам работы с информацией, к которым, в первую очередь, относится компьютерная обработка информационных объектов. Это, в свою очередь, означает необходимость внедрения методики использования цифровой и компьютерной техники в практику преподавания тех школьных предметов, которые позволяют это осуществить.

В связи с всеобщей информатизацией образования и быстрым развитием цифровых средств обработки информации назрела необходимость широкого внедрения в УФЭ современного демонстрационного и лабораторного оборудования с использованием цифровых средств обработки данных. Таким образом, в развитии школьного физического образования на современном этапе актуальны такие тенденции, как личностно-ориентированное и деятельностное обучение, повышение роли физического эксперимента, применение цифрового и компьютерного оборудования в обучении.

Проведенный нами педагогический эксперимент показал недостаточное методическое обеспечение учебного физического эксперимента с использованием современного цифрового оборудования. На основании результатов нашего исследования можно констатировать, что на сегодняшний день не существует целостной методической системы учебного физического эксперимента с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования. Вместе с

тем проведенное нами исследование продемонстрировало, что и учителя, и учащиеся нуждаются во внедрении современного цифрового оборудования в практику УФЭ, в применении информационных технологий при реализации УФЭ. При этом и учителя, и учащиеся отдают предпочтение натурному УФЭ в сравнении с виртуальным компьютерным экспериментом. Данные, полученные в ходе констатирующего этапа экспериментального исследования, свидетельствуют о том, что на современном этапе в общеобразовательной школе назрела необходимость в применении цифровых средств реализации натурного УФЭ и компьютерной обработки данных.

В современной физической науке эксперимент стал полностью информатизирован, когда полученные различными датчиками числовые данные сразу же обрабатываются на компьютере. Поскольку изучение физики в школе можно рассматривать как «модель науки», необходим переход УФЭ на современную технологическую базу, адекватную технологической базе научного физического исследования.

Возможности перехода УФЭ на современную технологическую базу, связанную с цифровыми возможностями получения, анализа и обработки данных, привели к появлению противоречий, которыми обусловлена проблематика исследования.

Можно констатировать наличие следующих противоречий:

• между изменением в концепции современного школьного образования, целях и задачах обучения и недостатком способов построения системы УФЭ с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования и методики его применения;

• между введением деятельностной компоненты в содержание школьного физического образования и недостаточной разработкой методик обучения, ориентированных на самостоятельное приобретение учащимися нового знания;

• между необходимостью включения учащихся в экспериментальную деятельность, ориентированную на современный характер экспериментальной деятельности в физической науке в части использования современного цифрового оборудования (СЦО), с одной стороны, и ограниченными возможностями традиционного натурного (преимущественно качественного) эксперимента, с другой стороны.

Обобщая сказанное, можно утверждать, что противоречие между возможностями применения современного цифрового оборудования при проведении УФЭ, с одной стороны, и отсутствием методической системы по реализации этих возможностей в обучении физике в общеобразовательной школе, с другой стороны, делает актуальной избранную тему исследования. В настоящее время создание методической модели УФЭ с использованием СЦО является насущной необходимостью. Такая модель, наряду с реализацией принципа научности в обучении физике, позволит формировать общеучебные информационные, экспериментальные, проблемные, деятельностные умения учащихся, что приведет к повышению эффективности учебного процесса.

Объект исследования: Процесс обучения физике в основной и средней школе.

Предмет исследования: Учебный физический эксперимент с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования.

Цель: Определение степени влияния учебного физического эксперимента с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования на эффективность учебного процесса.

В основу исследования положена гипотеза: применение разработанной методики учебного физического эксперимента с применением современного (в том числе цифрового) оборудования позволит

• качественно изменить учебный физический эксперимент, что приведет к повышению эффективности учебного процесса в целом,

• более эффективно, чем при использовании традиционных методов проведения эксперимента, влиять на формирование информационных, экспериментальных, деятельностных умений учащихся, что приведет к повышению качества знаний учащихся по физике.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены задачи:

1. Проанализировать состояние УФЭ, в том числе с применением СЦО, в школьном физическом образовании.

2. Выявить условия применения метода экспериментального обучения физике в основной и средней школе в условиях современной системы обучения.

3. Обосновать и разработать методическую модель системы УФЭ с использованием СЦО в учебном процессе по физике в основной и средней школе.

4. Предложить варианты диагностических материалов для контроля сформированное™ методологических и экспериментальных умений учащихся.

5. Провести апробацию разработанной системы УФЭ на практике, выявить эффективность применения методики УФЭ с использованием СЦО.

Методологические основы исследования составляют:

• на философском уровне: закономерности и принципы диалектики;

• на общедидактическом уровне: закономерности, принципы и идеи педагогики сотрудничества, дидактические закономерности учебно-познавательной деятельности, концепции организации учебного и научного познания (C.JI. Вольтштейн, Г.М. Голин, A.C. Кондратьев, В.В. Май-ер, В.Н. Мощанский, И.Е. Мураховский, И.И. Нурминский, И.Г. Пустильник, В.Г. Разумовский); деятельностный подход в обучении физике (В.В. Давыдов, JI.B. Занков, В.С.Данюшенков, Т.Н. Шамало), принципы организации структуры процесса познания (Л.С. Выгодский, С.Е. Каменецкий, В.В. Мултановский, Ю.А. Сауров, Д.Ш. Шодиев);

• на частнометодическом уровне: результаты научно-методических исследований по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (Л.И. Анциферов, A.A. Быков, В.А. Извозчиков, A.C. Кондратьев, В.В. Лаптев, A.B. Ляпцев, Е.С. Объедков, В.И. Сельдяев и др.); научно-методические работы по вопросам организации познавательной деятельности обучаемых, индивидуализации при обучении физике (Н.Е. Важе-евская, Д.Д. Галанин, О.Ф. Кабардин, И.Я. Ланина, A.A. Покровский, Н.С. Пурышева, В.Г.Разумовский, С.А. Хорошавин, Т.Н. Шамало, С.Я. Шамаш, Н.М. Шахмаев, С.А. Шапорин-ский, A.B. Усова и др.).

Для решения поставленных задач применялась совокупность теоретических и экспериментальных методов педагогического исследования:

• сравнительный анализ научно-методической литературы, относящейся к объекту и предмету исследования;

• моделирование деятельности субъектов педагогического процесса при проведении физического эксперимента с использованием СЦО;

• педагогический эксперимент и педагогическая практика;

• статистическая обработка результатов педагогического эксперимента.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Обоснована возможность развития универсальных учебных действий, определенных стандартами образования, на уроках физики средствами УФЭ.

2. Сформулированы основные цели применения СЦО в различных формах УФЭ (углубление знаний по физике на основе овладения новыми средствами реализации УФЭ, повышение интереса к изучению физики, развитие экспериментальных умений).

3. Показано, что при отборе вопросов курса физики, которые могут изучаться с применением СЦО, следует учитывать технологические особенности цифровых измерительных систем (динамический характер измерений, возможность активно менять параметры опыта и др.).

4. Впервые разработана модель УФЭ с использованием СЦО в основной и средней школе, представляющая собой сочетание демонстрационного и лабораторного эксперимента, а также экспериментальных заданий для учащихся.

5. Впервые предложен комплекс лабораторных и экспериментальных заданий разного уровня самостоятельности при их выполнении (пошаговая инструкция, «информация к действию», «информация к размышлению»), позволяющий включать в познавательную деятельность

разные по уровню деятельностного развития группы учащихся. Разработаны методические рекомендации по способам работы с заданиями.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что в нём

1. Обоснована необходимость использования СЦО в учебном процессе по физике в основной и средней школе как средства включения учащихся в экспериментальную деятельность, адекватную современной физической науке.

2. Сформулированы принципы построения системы УФЭ с использованием СЦО в основной и средней школе.

3. Сформулированы принципы построения методики применения СЦО при проведении демонстрационного эксперимента, фронтальных лабораторных работ, решении экспериментальных задач в основной и средней школе.

Практическая значимость исследования.

1. Разработаны:

• система УФЭ для основной и средней школы с использованием СЦО (тематические блоки, включающие демонстрационный и лабораторный УФЭ и, при возможности, экспериментальные задания);

• система фронтального лабораторного эксперимента (с включением 9 новых лабораторных работ и 18 модифицированных);

• содержание экспериментальных заданий для учащихся основной и средней школы.

2. Созданы:

• методические инструкции по использованию СЦО при организации УФЭ в основной и средней школе;

• УМК для организации курсов повышения квалификации учителей физики «Лабораторный и демонстрационный эксперимент по физике на оборудовании Ь-писго», включающий в себя программу курса и методические пособия для учителей по тематическим разделам курса физики основной и средней школы.

3. Рекомендованная система УФЭ с использованием СЦО применяется учителями непосредственно на уроках физики при проведении демонстраций, выполнении лабораторных работ и во внеурочной познавательной деятельности учащихся и дает положительные педагогические результаты.

Критериями эффективности предлагаемой методики являются:

• статистически надежные результаты проверочных заданий по усвоению знаний, приобретению экспериментальных, информационных умений;

• повышение уровня знаний учащихся экспериментальных классов по сравнению с контрольными в процессе проведения эксперимента;

• присвоение общеучебных и экспериментальных умений большим числом учащихся экспериментальных классов.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Применение современного (в том числе цифрового) оборудования в учебном физическом эксперименте при наличии необходимого методического сопровождения способствует достижению учащимися как предметных, так и метапредметных результатов, являющихся требованиями современных стандартов образования.

2. Применение современных (в том числе цифровых) средств реализации учебного физического эксперимента возможно при изучении всех вопросов курса физики основной и средней школы.

3. Внедрение системы реализации учебного физического эксперимента с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования в практику преподавания физики в основной и средней школе приводит к повышению эффективности учебного процесса, а именно усилению мотивационной составляющей, повышению уровня предметных знаний и повышению уровня сформированности познавательных универсальных учебных действий.

Апробация исследования осуществлялась на научно-практической конференции (НПК) «ИКТ в подготовке учителя физики и учителя технологии» (2007 г., 2008 г. Россия, Коломна, КГПИ); на X Международной конференции «Физика в системе современного образования» (2009 г. Россия, Санкт-Петербург); на II Всероссийской НПК «Естественно-математическое образование в современной школе: опыт, проблемы, перспективы» (2009 г. Россия, Санкт-Петербург, ЛОИРО); на VII Всероссийской НПК «Метаметодика как перспективное направление развития предметных методик обучения» (2009 г. Россия, Санкт-Петербург, РГПУ им. А.И. Герцена); на XI Международной конференции стран Содружества «Современный физический практикум» ( 2010 г. Беларусь, Минск); на НПК «Искусство удивлять» (2010 г. Россия, Санкт-Петербург, Центральный музей связи имени A.C. Попова); на Международной НПК «Герценов-ские чтения-2011» «Актуальные проблемы обучения физике в средней и высшей школе» ( 2011 г. Россия, Санкт-Петербург, РГПУ им. Герцена, кафедра методики обучения физике); на XI Международной конференции «Физика в системе современного образования» (2011 г. Россия, Волгоград); на XII Международной конференции стран Содружества «Современный физический практикум» (2012 г. Москва); на XII Международной конференции «Физика в системе современного образования» (2013 г. Россия, Петрозаводск).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа объемом 156 стр. включает в себя введение, четыре главы, заключение, список сокращений и условных обозначений, список использованной литературы, список иллюстративного материала из 16 позиций и приложения. Библиография содержит 242 источника.

Глава 1 «Методология физической науки в школе» посвящена рассмотрению образовательных функций методологии науки при обучении физике в основной и средней школе. Определены основные структурные элементы системы методологических знаний и умений в школьном курсе физики, отличительные черты учебного и научного познания. Рассматривается роль экспериментального метода познания в формировании мотивации учащихся к изучению физики в основной и средней школе

Рассмотрены вопросы методологии учебного и научного знания, проблемы формирования физической картины мира учащихся основной и средней школы; показана роль экспериментального метода познания в формировании мотивации учащихся. Отмечается, что все без исключения исследователи в области формирования научного мировоззрения учащихся при обучении физике доказывают, что научное мировоззрение ученика не может быть сформировано без опоры на физический эксперимент.

В параграфе 1 «Методология науки в школьном физическом образовании» выполнен обзор исследований ученых-методистов, где рассматривались образовательные функции методологии науки в школьном обучении и необходимость формирования методологических знаний у учащихся. Принципиальные вопросы формирования методологических знаний учащихся раскрыты в трудах С.Л. Вольтштейна, Г.М. Голина, B.C. Данюшенкова, В.А. Извозчикова, К.А. Колесникова, A.C. Кондратьева, JI.A. Ларченковой, В.Н. Мещанского, В.В. Мултановского, И.Е. Мураховского, И.И. Нурминского, В.Г. Разумовского, Ю.А. Саурова, A.B. Усовой. На основании анализа литературы формулируется вывод, что специальная работа по овладению учащимися методологическими знаниями в процессе обучения физике способствует формированию познавательных универсальных учебных действий (УУД) в части научного подхода к решению проблем, возникающих при обучении по другим школьным дисциплинам. Особое выделение методологических знаний является характерной чертой времени. Методологические знания необходимы объективно - для интерпретации знаний, и субъективно - для сознательного их усвоения. В конечном итоге, человек стремится построить свою собственную картину мира. В связи с этим, отдельно рассматривается проблема формирования физической картины мира учащихся средней школы. При определении взаимосвязи учебного и научного познания делается акцент на концепции учебного познания, в который подчеркивается, что по своей сути самостоятельное учебное познание школьника, дающее субъективно новый результат, ничем не отличается от научного познания ученого, получающего новое физическое знание, поэтому познание учащихся можно считать научным познанием.

В параграфе 2 «Экспериментальный метод познания в процессе обучения физике» определяется роль экспериментального метода познания в формировании мотивации учащихся. Развитие интереса у учащихся к предмету, активизация их познавательной деятельности на основе выполнения экспериментальных заданий констатируется в исследовании И.Я. Ланиной, посвященном развитию познавательного интереса на уроках физики. Она отмечает, что экспериментальная доказуемость основных положений физики заставляет учащихся уважительно относиться и к предмету, и к науке - физике. В своем исследовании И.Я. Ланина делает закономерный вывод, что именно выполнение эксперимента может повлиять на развитие склонности учащихся к изучению физики.

При рассмотрении места и роли эксперимента в процессе обучения физике показано, что все без исключения исследователи в области формирования научного мировоззрения учащихся при обучении физике доказывают, что научное мировоззрение ученика не может быть сформировано без опоры на физический эксперимент. Об этом говорят исследования Н.Е. Важеевской, Т.Н. Шамало, С.А. Шапоринского, Н.В. Шароновой, Д.Ш. Шодиева и др. При этом всеми авторами отмечается необходимость первоначального изучения экспериментальных методов познания, так как именно экспериментальные методы будут использоваться в качестве базы для дальнейшего изучения теоретических методов.

На основе анализа научно-методической литературы, проведенного в главе 1, можно сделать вывод о том, что:

• научное мировоззрение ученика может быть сформировано только с опорой на физический эксперимент;

• физический эксперимент может бьггь использован как мотивационный фактор при обучении физике;

• активное включение учебного познания в учебный процесс позволит реализовать стандарт физического образования в школе в области методологии научного познания;

• в процессе обучения физике должны формироваться обобщенные познавательные УУД, которые будут использованы учащимися в их учебной и дальнейшей трудовой деятельности.

В Главе 2 «Теоретические и методические основы моделирования системы УФЭ с использованием современного оборудования» рассматривается УФЭ в практике школьного физического образования и, в частности, в учебном познании, дается ретроспектива УФЭ в советском и российском школьном образовании, анализируется проблема информатизации преподавания физики и модификации школьного учебного оборудования.

В параграфе 1 «УФЭ в практике школьного физического образования» подчеркивается, что в исследованиях многих методистов уделялось достаточное внимание определению роли и места эксперимента. Учебный эксперимент имеет большое значение в системе школьного физического образования в связи с тем, что эксперимент занимает особое место в методологии научного познания в физике. Физика является экспериментальной наукой, и роль эксперимента в ней двояка. Эксперимент, с одной стороны является основой для выдвижения гипотез, с другой стороны, он является критерием, подтверждающим справедливость их следствий. При этом для правильного отношения к эксперименту и его результатам необходимо представлять себе методы не только экспериментального, но и теоретического познания, такие как идеализация и моделирование. Для формирования физического мышления учеников все эти составляющие системы методологических знаний должны лежать в основе преподавания физики. Следовательно, одной из общих целей физического эксперимента как компонента школьного курса физики является формирование понятий о физическом методе познания окружающего мира.

Физический эксперимент, используемый в практике преподавания, будем считать УФЭ. Роль УФЭ значительнее, чем кажется на первый взгляд. УФЭ в обучении физике является основным инструментом для получения информации, средством наглядности, фактором развития учащихся и способом познания окружающего мира. УФЭ позволяет формировать образы, отражать явления, процессы, законы реального мира, опираясь на чувственное познание.

Наряду с традиционной системой учебного эксперимента, на наш взгляд, необходимо внедрение в школьный курс физики обоснованной методической модели УФЭ при формирова-

нии методологических знаний о физическом научном эксперименте. Элементами модели будут задания по формированию знания о роли эксперимента в научном познании и практической жизни; о видах физического эксперимента: наблюдении и опыте; о требованиях к современному эксперименту; о методологическом принципе наблюдаемости; о сущности процедуры измерения; о специфике измерений и др. Методическая модель включает также комплекс заданий по отработке экспериментальных умений методологического характера: описать наблюдение или опыт; подметить различие между тем, что ожидалось получить и что в действительности получилось в ходе эксперимента; отличить в нем существенное от второстепенного; сделать предсказание дальнейшего хода эксперимента; самостоятельно выдвинуть гипотезу (сделать вывод), объясняющую полученный результат; использовать графики и таблицы. Сочетание теоретического материала и УФЭ дает, как показывает практика, наилучший педагогический результат.

В параграфе 2 рассматриваются исторические вехи формирования учебного физического эксперимента в советском и российском школьном образовании. Большой вклад в развитие методики организации школьного физического эксперимента был сделан в середине XX века. В СССР многие ученые-методисты: Д.Д. Галанин, E.H. Горячкин, B.C. Зворыкин, A.A. Покровский, С.А. Хорошавин, A.A. Ченцов, С.Я. Шамаш занимались вопросами организации школьного физического эксперимента. Основные положения методики школьного физического эксперимента были выработаны и внедрены в практику работы школы более 50 лет назад, многие из них остаются актуальными и в современных условиях преподавания физики.

Дальнейшее развитие школьного физического эксперимента и парка школьного оборудования, необходимого для его реализации, связано с принятием Федерального государственного образовательного стандарта, переходом к единому государственному экзамену за курс средней школы и государственной итоговой аттестации за курс основной школы.

Параграф 3 посвящен определению роли и значению учебного физического эксперимента в учебном познании. Цель организации учебного познания при обучении физике заключается в том, чтобы научить школьников получать новый (субъективно новый) результат. Организация учебного познания должна основываться на деятельностном подходе. Практика показывает, что учащиеся, выполняя УФЭ в традиционной форме, не могут назвать наблюдаемые ими в ходе эксперимента физические явления, не могут выделить основное явление, затрудняются в выявлении закономерностей протекающего явления. Самую большую трудность для школьников представляет соотнесение полученных в эксперименте данных (результата) с тем, что ожидалось увидеть согласно следствиям теории. Учащиеся не осознают основной функции УФЭ — доказательной. При рассмотрении вопроса об информатизации преподавания физики в параграфе 4 «Информатизация УФЭ на основе современного цифрового оборудования» отмечается, что условия повседневной жизни и профессиональной деятельности людей становятся принципиально отличными от тех условий, в которых мы жили и работали в конце минувшего века. И эти отличия обусловлены, главным образом, революционными изменениями в информационной среде общества, стремительным развитием новых средств информатики и информационных технологий (ИТ) и их проникновением во все другие сферы жизнедеятельности общества, в первую очередь в науку и образование.

Бурный рост ИТ в последние десятилетия необходимо привел общество к изменению парадигмы образования. В практике школьного преподавания компьютер для многих не просто олицетворяет современные технологии, он стал синонимом этих технологий. Очевидно, такое восприятие существенно уменьшает потенциал компьютера, который должен, в первую очередь, выступать в преподавании как универсальный обработчик цифровой информации.

Отдельно дается краткий анализ современного школьного учебного оборудования по физике. Перечень учебного оборудования физического кабинета представляет собой постоянно развивающуюся систему дидактических средств, отвечающих целям обучения и воспитания школьников, соответствующих действующим программам по физике и определенным требованиям. Трудности в организации экспериментальной деятельности учащихся в условиях дея-тельностного обучения связаны с тем, что для основной и средней школы, для разнообразных по профилю классов в школе имеется одно и то же типовое демонстрационное и лабораторное

оборудование. Наиболее массовыми в последнее десятилетие были поставки в школы оборудования Ь-ппсго и цифровых лабораторий «Архимед».

На основании проведенного анализа теоретических и методических основ применения УФЭ с использованием СЦО, можно сделать вывод: физический эксперимент как компонент школьного курса физики ставит целью формирование понятий о физическом методе познания окружающего мира и предоставление ученикам знаний о конкретных физических явлениях. На наш взгляд, УФЭ с использованием СЦО является основным средством достижения цели учебного познания, так как именно такой УФЭ является учебной моделью научного физического эксперимента.

Глава 3 «Методика проведения учебного физического эксперимента в школе с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования» посвящена вопросам проведения УФЭ в основной и средней школе, в частности методическим аспектам демонстрационного эксперимента и фронтального лабораторного эксперимента.

В параграфе 1 рассматриваются общие вопросы методики проведения УФЭ в школе: общая структура УФЭ и методические принципы построения системы УФЭ для основной и средней школы. В исследовании предложена расширенная структура УФЭ в преподавании физики в общеобразовательной школе и определены направления, по которым можно организовать проведение УФЭ:

Демонстрационный эксперимент

• на базе ОУ

• Стандартные демонстрации (шар Паскаля)

• Уникальные демонстрации (на современном оборудовании, с использованием цифровых лабораторий: PHYWE, Cornelsen, Science Cube, L-micro, «Архимед» и др.)

• лекции-демонстрации

• На базе специально созданного центра

• На базе вуза

Фронтальные лабораторные работы

1 Стандартные (на любом оборудовании: измерение массы тела, условие равновесия рычага, сложение сил и т.д.) > Уникальные (на современном оборудовании: измерение мгновенной скорости, определение § кинематическим способом и т.д.)

,-[ Физический практикум

Учебно-исследовательские проектные работы

Домашние экспериментальные задания

-I Экспериментальные задачи

Виртуальный физический эксперимент

■ Готовые цифровые образовательные ресурсы (ЦОР) ЦОР, созданные в средах программирования (например, МоосНе)

• Самостоятельное создание виртуальных лабораторных работ

• Выполнение разработанных ранее работ

Отмечается, что УФЭ в практике обучения физике традиционно делится на такие виды, как демонстрационный и фронтальный эксперименты, физический практикум, домашние экспериментальные работы (внеклассные опыты), экспериментальные задачи. Однако в современ-

ных условиях данная структура может быть расширена и дополнена. Расширенная структура УФЭ включает все элементы УФЭ, традиционно присутствующие в практике преподавания в школе. Отметим только те элементы, добавление которых при формировании структуры УФЭ мы считаем целесообразными на современном этапе развития школьной физики. Прежде всего, это расширение демонстрационного и фронтального лабораторного эксперимента за счет проведения уникальных экспериментов. Под уникальностью эксперимента здесь понимается то, что данные опыты невозможны к выполнению на традиционном школьном оборудовании, для их организации используется современное цифровое оборудование. Второй отличительной особенностью расширенной структуры УФЭ является предложенное нами проведение лекций-демонстраций (и при возможности фронтального лабораторного эксперимента) на базе вуза или специально созданного центра. Имеется положительный опыт данного сотрудничества между гимназией, в которой проводился педагогический эксперимент, Санкт-Петербургским государственным политехническим университетом и Российским государственным педагогическим университетом им. А.И. Герцена. Также в работе определены отличительные особенности организации УФЭ в основной школе и в среднем (полном) образовании в соответствии с ФГОС нового поколения.

Параграф 2 определяет методику демонстрационного эксперимента с использованием СЦО. При рассмотрении демонстрационного эксперимента как основной части УФЭ определены основные методические и технические требования, предъявляемые к демонстрационному эксперименту, дана общая характеристика целей использования демонстрационного эксперимента во время учебного процесса.

При анализе методики демонстрационного эксперимента в основной школе подчеркивается, что эксперимент необходим для ознакомления учащихся с качественной стороной изучаемых явлений, процессов и закономерностей, с устройством и действием приборов и установок. Система демонстрационных экспериментов при изучении физики в основной школе предполагает использование как классических аналоговых измерительных приборов, так и СЦО.

Приведем в качестве примера описание демонстрационного эксперимента по разделу «Тепловая физика», который целесообразно проводить в уроке «Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел». Целью данного эксперимента является демонстрация температурной закономерности, характеризующей плавление и кристаллизацию вещества. Для проведения демонстрации необходимо использовать оборудование комплекта «Тепловая физика» (магнитная подставка, держатели - 2 шт.), ложечка, образец (сплав свинца и олова), термопара (0-1000°С). Дополнительно потребуются штатив для крепления магнитной подставки, спиртовка (лучше использовать свечу), компьютерный измерительный блок, ПК, веб-камера. Предварительная подготовка эксперимента заключается в подготовке образца и термометра. Так как снятие температурной зависимости начинается с процесса нагревания твердого тела, то термопара перед началом проведения демонстрации уже должна быть «впаяна» в образец. Для этого необходимо расплавить образец в ложечке, опустить в него термопару и остудить. Иллюстрация по сборке демонстрационной установки и внешний вид демонстрационной установки приведены на рисунках 1 и 2 соответственно.

Рис. 1 Вид основной части установки

Рис. 2. Общий вид демонстрационной установки

После того, как термопара подключена к компьютерному измерительному блоку и, соответственно, к компьютеру, необходимо открыть программу Ь-т/сго —» термодинамика —> Плавление и отвердевание кристаллических тел. Кнопки «пуск» и «стоп» в программе определяют начало и завершение снятия показаний температуры. Для получения зависимости температуры образца от времени при нагревании и плавлении металла необходимо расположить горящую свечу непосредственно под ложечкой с образцом. Когда начнется процесс нагревания жидкого образца, потушить свечу и получить температурную зависимость для процесса остывания и кристаллизации. Перемещая курсор по графику, можно определить значение температуры образца в тот или иной момент времени. В правой части экрана отображается значение темпера-

Рис. 3. Определение температуры плавления (слева) и кристаллизации (справа) по графику зависимости температуры образца от времени.

При анализе результатов эксперимента в 8 классе формулируются следующие выводы:

1) В процессе плавления и кристаллизации вещество не изменяет своей температуры.

2) Температура в процессе обоих превращений одинакова (близка по значению).

В дополнение к получению кривой «Плавление — Кристаллизация» можно предложить учащимся (например, в лицейский классах предпрофильного обучения) более глубоко проанализировать данные эксперимента. Отметим, что целесообразным также будет возвращение учащихся к результатам данного эксперимента через два года, когда в 10 классе обсуждаются свойства веществ в различных агрегатных состояниях. Анализируя результаты эксперимента, можно сделать вывод о том, что данные эксперимента находятся в достаточном соответствии с теорией фазовых переходов. Два важных вопроса, которые требуют более серьезного обсуждения: 1) почему температура плавления сплава олова и свинца явно ниже, чем температуры плавления каждого металла в отдельности (а не среднее арифметическое как это можно было бы предположить); 2) почему при охлаждении жидкость остывает до температуры ниже температуры кристаллизации (то есть до состояния переохлаждения), и только потом при повышении температуры выходит на кристаллизационную прямую? Ответы на эти вопросы выходят за пределы курса физики основной школы, однако будут интересны с точки зрения теоретического обоснования результатов эксперимента.

В параграфе 3 при рассмотрении методики фронтального лабораторного эксперимента с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования отмечается, что программа по физике в соответствии с ФГОС предусматривает формирование целостной системы экспериментальных знаний и умений учащихся. Одним из основных методов формирования экспериментальных знаний и умений учащихся является выполнение фронтальных лабораторных работ.

Традиционное описание фронтального лабораторного эксперимента призвано обеспечить грамотное и аккуратное выполнение лабораторной работы. Однако эти цели не в полной мере отвечают требованиям сегодняшнего времени, что приводит к необходимости пересмотра структуры и содержания описания лабораторной работы.

На наш взгляд, устное инструктирование не является самым необходимым звеном в формировании экспериментальных умений и навыков учащихся. С первых лабораторных работ письменные инструкции должны стать неотъемлемой частью самостоятельного выполнения

заданий учащимися. При систематическом выполнении заданий в классе учащиеся, получив навыки самостоятельного экспериментирования, могут более активно участвовать в планировании опыта. На данном этапе работы целесообразно вместо подробной пошаговой письменной инструкции к заданию ставить перед учащимся только учебную задачу и направлять их на путь самостоятельного поиска её решения. Учащиеся, ориентируясь на имеющееся оборудование, предлагают план проведения опыта. Данная методика проведения фронтальных лабораторных экспериментов резко меняет стиль работы, темп становится плотным, учащиеся меньше отвлекаются, высвобождается время на предварительное обсуждение эксперимента.

В качестве примера предложена разноуровневая письменная инструкция для выполнения фронтального лабораторного эксперимента «Исследование зависимости величины выталкивающей силы от параметров системы (на примере зависимости Fap, от массы тела)» 1). Подробная инструкция

«Исследование зависимости величины выталкивающей силы от параметров системы» Ход работы: Теоретическая часть.

Закон Архимеда:

Вычисление силы Архимеда: Fa= ... Практическая часть. Монтаж экспериментальном установки

1. Закрепите динамометр на штативе.

2. Расположите оборудование таким образом, чтобы было возможно относительное движение цилиндра с жидкостью и груза на пружине динамометра.

Проведение эксперимента

Дополнительные условия: V„aa = const, ржш>к = const, полное погружение.

Цель эксперимента:.......

Оборудование: мерный цилиндр, набор грузов различной массы из комплекта L-micro, динамометр лабораторный из комплекта L-micro, лабораторный штатив с принадлежностями.

1. Измерьте вес тела в воздухе. Не забудьте записать результаты измерений в таблицу!

2. Рассчитайте массу данного тела. При вычислениях примите g = 10 Н/м.

3. Измерьте вес тела, опущенного в жидкость.

4. Определите величину выталкивающей силы.

5. Заполните таблицу для нескольких опытов.

Результаты и аначиз. Таблица значений (обозначьте единицы измерений):

N° опыта т тела Pi тела в воздухе Р2 тела в жидкости Fapx = Pi ~ Pi

1

По данным эксперимента построить график зависимости /Г„/1Г от т.

Как зависит величина выталкивающей силы от массы тела, полностью погруженного в жидкость? Вывод: ... 2). Краткая инструкция

Оборудование: набор «Механика» из комплекта ¿-т/сго, стакан от калориметра, грузы разной массы.

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо сформулировать цель эксперимента.

Ход работы:

1. Собрать установку, позволяющую измерить величину силы Архимеда при изменении массы тела (при прочих равных условиях!).

2. Провести измерения выталкивающей силы при 3 различных значениях масс тел.

3. Построить график зависимости Рарх(ттела).

4. Сделать соответствующий вывод.

Анализ методических пособий по организации фронтальных лабораторных работ показывает, что у большинства авторов содержание лабораторных работ ориентировано на закрепление изучаемого материала, формирование у школьников необходимых умений и навыков по сборке экспериментальных установок по описанию, рисунку или схеме. Однако при проведении итоговой государственной аттестации учащихся по физике за курс основной школы формулировка экспериментальных заданий существенно отличается от привычных для школы инструкций по проведению лабораторных работ. Следовательно, методика организации УФЭ в основной школе должна включать задания для выполнения фронтальных лабораторных работ в формулировке, приближенной к требованиям, предъявляемым на экзамене за курс основной школы. Например:

Задание 1. Исследуйте зависимость удлинения пружины от приложенной силы.

В бланке ответов:

1. Опишите порядок выполнения эксперимента.

2. Запишите результаты измерений и вычислений в отчетную таблицу.

3. Постройте график зависимости удлинения пружины от приложенной силы.

Задание 2. Определите КПД наклонной плоскости и вычислите выигрыш в силе при подъеме тела по наклонной плоскости.

В бланке ответов:

1. Опишите порядок выполнения эксперимента.

2. Запишите результаты измерений и вычислений в отчетную таблицу.

Использование ЦЛ при проведении лабораторных экспериментов изменяет характер умственной деятельности учащихся, возрастает объем логического и творческого мышления. При этом учащиеся исследуют реальный объект или процесс, результаты которого обработаны с помощью компьютерной техники (например, измерение массы).

При анализе методики организации фронтальных лабораторных работ в УФЭ для основной и средней школы была сделана опора на следующие принципы:

1. Для каждой лабораторной работы сформулировано задание, предложена форма представления результатов.

2. В методическом сопровождении для каждой лабораторной работы определена цель, приведен перечень необходимого оборудования, даны краткие теоретические сведения, указана последовательность выполнения эксперимента. Объем использования данного методического материала в конкретной инструкции для учащихся учитель определяет самостоятельно.

3. Перечень лабораторных работ рассчитан на использование современного комплекта лабораторного оборудования Ь-т1сго с возможностью сочетания с ЦЛ (например, Архимед, 8С).

4. При использовании ЦЛ во время проведения фронтального эксперимента письменное руководство обязательно заранее должно быть подготовлено учителем, так как режимы оборудования не могут быть подобраны учеником самостоятельно во время выполнения лабораторной работы.

5. Каждая лабораторная работа может быть выполнена одним из методов, поэтому при организации фронтального эксперимента в полной мере осуществим личностно-ориентированный подход, при котором разные группы учащихся в классе имеют возможность выполнять один и тот же эксперимент по инструкциям разного уровня сложности.

6. Рекомендуется выполнять работу на уроке полностью - обеспечивается непрерывность процесса выполнения и расчета результатов физического эксперимента, что очень важно для понимания физической сущности изучаемого явления.

Выводы по главе 3. Современное состояние образования предполагает реализацию дея-тельностного подхода при обучении учащихся основной и средней школы, что требует постоянной опоры процесса обучения на УФЭ, соответственно определены отличительные особенности организации УФЭ в основной школе и в среднем (полном) образовании в соответствии с ФГОС нового поколения. Предложена расширенная структура УФЭ в преподавании физики в основной и средней школе и определены направления, по которым можно организовать прове-

дение УФЭ. Предложена методика организации УФЭ по направлениям демонстрационного, фронтального лабораторного эксперимента и экспериментальных задач с использованием СЦО.

Глава 4 «Педагогический эксперимент» содержит общую характеристику экспериментального аспекта исследования. Определены цели и задачи педагогического эксперимента, описаны констатирующий, поисковый и обучающий этапы эксперимента. Для каждого этапа определены задачи, представлены результаты и сделаны соответствующие выводы.

В параграфе 1 дана общая характеристика экспериментального аспекта исследования. Отмечено, что основной целью педагогического эксперимента являлось установление возможности повышения эффективности обучения физике, повышения качества знаний учащихся на основе использования системы УФЭ с использованием СЦО, проверка возможности применения разработанной методики при обучении физике в основной и средней школе.

Так как мы предполагали, что применение разработанной методики УФЭ с использованием демонстрационного и лабораторного СЦО повысит эффективность учебного процесса за счет повышения мотивационного интереса учащихся к изучению физики и качества знаний учащихся по физике, то главными задачами педагогического эксперимента являлись:

1. Выяснение необходимости применения УФЭ с использованием современного демонстрационного и лабораторного оборудования.

2. Выяснение необходимости создания современных методических рекомендаций по использованию современного демонстрационного и лабораторного оборудования в УФЭ в основной и средней школе.

3. Проверка возможности применения разработанной методики УФЭ в основной и средней школе.

4. Внедрение авторских методических рекомендаций по использованию системы УФЭ с использованием современного оборудования кабинета физики и определение влияния целостного применения данной методики УФЭ на повышение эффективности учебного процесса. Цель педагогического эксперимента: проверка основных положений данной гипотезы.

Общая характеристика педагогического эксперимента Констатирующий этап (2007-2009)

Цель - выявление основных проблем современного состояния физического образования в части УФЭ, перспектив его развития и условий внедрения СЦО в практику обучения физике. Методы - тестирование, беседы с учителями и учениками; анкетирование; изучение педагогического опыта. Поисковый этап (2009-2011)

Цель - разработка методики УФЭ с использованием СЦО для основной и средней школы и принципов ее применения. Разработка курса повышения квалификации учителей физики. Методы - беседы с учителями и учениками; их анкетирование; экспериментальное преподавание, экспертная оценка. Обучающий этап (2011-2013)

Цель - проверка гипотезы исследования о влиянии применения методики УФЭ с использованием СЦО на повышение эффективности учебного процесса.

Методы - беседы с учителями и учениками; экспериментальное преподавание, экспертная оценка, наблюдения, анкетирование.

На первом этапе констатирующего эксперимента (2007-2008 г.г.) выявлены основные проблемы применения СЦО в практике преподавания физики. Установлено несоответствие имеющегося методического сопровождения УФЭ с использованием СЦО современным дидактическим требованиям, неоправданность ожиданий существенного повышения качества обучения за счет использования компьютерной технологии. Беседы с учителями физики и дальнейшее анкетирование показали, что необходима специальная подготовка учителей и учащихся к использованию современного комплекса лабораторного и демонстрационного оборудования с

использованием цифровых и компьютерных измерительных систем. На этом этапе начался анализ состояния современного физического образования в плане использования УФЭ в преподавании физики в основной и средней школе. Примеры вопросов анкетирования учителей приведены ниже.

Вопрос 1. Какие этапы вызывают у Вас наибольшее затруднение при выполнении демонстрационного эксперимента? Отметьте выбранные ответы.

Затруднения при выполнении демонстрационного эксперимента

формулировка выводов физическая интерпретация результатов технология обработки результатов технология выполнения эксперимента подбор необходимого оборудования формулировка цели эксперимента

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Вопрос 2. Какие факторы, на Ваш взгляд, вызывают наибольшее затруднение при выполнении лабораторной работы у Ваших учеников? Отметьте выбранные ответы.

Обратим внимание на результат анкетирования по данному вопросу учителей, работающих в основной школе (базовая программа) и в средней школе по базовой программе. На вопрос, затрудняются ли их учащиеся в выборе оборудования для проведения лабораторного эксперимента, 100 % учителей ответили отрицательно. Однако мотивация всех ответов была однозначна: при проведении лабораторных работ учащихся не предоставляется возможность выбора оборудования, выдается комплект приборов и материалов по описанию для данной работы. Соответственно, проблем в выборе оборудования у учащихся нет по причине отсутствия выбора как такового.

Затруднения при выполнении лабораторной работы

I профиль > база

Результаты опроса учителей показывают, что, с их точки зрения, при выполнении учащимися лабораторных работ наблюдается низкий уровень исследовательских умений и навыков учащихся. Как правило, учащиеся не могут самостоятельно сформулировать цель экспери-

мента. При выполнении демонстрационного эксперимента учителями отмечается неспособность учащихся сформулировать проблему.

В течение поискового этапа эксперимента сформулированы дидактические задачи использования СЦО при обучении физике, выполнен поиск различных форм и методических приемов обучения, описаны модели фронтальных лабораторных работ, варианты демонстрационных экспериментов, варианты экспериментальных задач по физике, проведен отбор и конкретизация заданий для самостоятельной учебно-исследовательской деятельности учащихся с использованием СЦО.

Важной частью поискового эксперимента явился анализ практического применения демонстрационного и лабораторного оборудования Ь-гтнсго, ЦЛ Архимед, ЭС; поиск структуры повышения квалификации учителей физики, которая способствует внедрению современного лабораторного и демонстрационного оборудования в процесс обучения физике.

В течение поискового этапа эксперимента проводилась серия семинаров для учителей физики по использованию современного цифрового оборудования (Ь-гшсго, ЦЛ «Архимед»). Во время семинаров участникам предлагалась анкета.

Для апробации и выявления эффективности оптимизации системы УФЭ с применением СЦО в обучении физике организовано и проведено соответствующее педагогическое исследование (обучающий этап эксперимента). Целью данного этапа являлось изучение влияния фактора (система УФЭ с использованием СЦО) на объект исследования (процесс обучения).

По результатам входного тестирования были сформированы контрольные и экспериментальные группы в параллелях 8 и 10 классов. И контрольная, и экспериментальная группы формировались на основе выборки входного тестирования. В контрольных группах при обучении физики демонстрационный и лабораторный эксперимент выполнялся по традиционным методикам на стандартном оборудовании, а в экспериментальных группах при организации УФЭ использовались современное цифровое оборудование.

Анализ результатов эксперимента проводился по расчету значения статистического критерия Крамера-Уэлча. В качестве рабочей принималась нулевая гипотеза: в контрольной и экспериментальной группах до начала эксперимента отсутствовали статистически значимые различия, т.е. характеристики экспериментальной и контрольной групп до начала эксперимента совпадали. После проведения обучающего эксперимента в течение учебного года учащиеся и контрольной, и экспериментальной групп написали итоговое тестирование. Сравнение характеристик контрольной и экспериментальной групп после окончания эксперимента показали существование статистически значимых различий. Следовательно, достоверность различий характеристик контрольной и экспериментальной групп по статистическому критерию Крамера-Уэлча после окончания эксперимента составляет 95%.

Начальные (до начала эксперимента) состояния экспериментальной и контрольной групп совпадают, а конечные (после окончания эксперимента) - различаются. Следовательно, можно сделать вывод, что эффект изменений обусловлен именно применением экспериментальной методики обучения. Оптимизация методики организации УФЭ при преподавании физики в 8 и 10 классах привела к статистически значимым (на уровне 95% по критерию Крамера-Уэлча) отличиям результатов.

Параллельно с проведением обучающего эксперимента в ОУ, была создана и внедрена в практику программа повышения квалификации учителей физики в плане совершенствования методологии УФЭ в школе. Оборудование, поставляемое в ОУ в рамках национального проекта «Образование», на сегодняшний день имеет недостаточное методическое обеспечение. В связи с этим возникла необходимость в методической поддержке специалистов, внедряющих данное оборудование в образовательный процесс. Одним из возможных путей решения данной проблемы явилась профессиональная переподготовка учителей физики основной и средней школы. Кафедрой методики обучения физике РГПУ им. А.И. Герцена создана дополнительная профессиональная образовательная программа повышения квалификации учителей физики «Лабораторный и демонстрационный эксперимент по физике на оборудовании Ь-ппсго». Цель данной программы заключалась в повышении компетенций учителей в области демонстрационного и

лабораторного эксперимента в преподавании физики. Программа, нацеленная на совершенствование знаний и умений учителей с учетом современных требований, рассчитана на 72 часа. К преподаванию по данной программе был привлечен учитель физики Порохов Д.А. (кандидат педагогических наук, учитель физики высшей квалификационной категории). Обучающимися по данной программе были учителя физики образовательных учреждений Санкт-Петербурга с владением ПК на уровне пользователя.

Выводы по главе 4: Задачи, поставленные в ходе исследования,решены полностью

1. Данные педагогического эксперимента убедительно доказывают, что предложенная методическая система демонстрационного и фронтального лабораторного УФЭ способствует формированию более высокого уровня экспериментальных умений учащихся.

2. Анализ результатов педагогического эксперимента в целом подтверждают гипотезу с достоверностью не ниже 95% о том, что существует связь между применением системы УФЭ на современном оборудовании и повышением эффективности учебного процесса по физике.

3. Учителя, прошедшие курсы повышения квалификации по программе в рамках проведения обучающего этапа педагогического эксперимента, с большей активностью используют компьютерные технологии на уроках, регулярно, а не эпизодически применяют современное (в том числе цифровое) оборудование в практике преподавания.

Гипотеза о том, что применение разработанной методики УФЭ с применением СЦО позволит:

• качественно изменить УФЭ, что приведет к повышению эффективности учебного процесса в целом;

• более эффективно, чем при использовании традиционных методов проведения эксперимента, влиять на формирование информационных, экспериментальных, деятельностных умений учащихся, что приведет к повышению качества знаний учащихся по физике;

в ходе проведенного педагогического эксперимента полностью подтверждена.

Заключение.

Основные результаты и общие выводы работы состоят в следующем.

1. Проведен анализ основных понятий, касающихся проблемы исследования. Проанализировано современное состояние УФЭ в части использования современного (в том числе цифрового) демонстрационного и лабораторного оборудования.

2. Выявлены и проанализированы противоречия между изменением в концепции современного школьного образования, целях и задачах обучения и недостатком способов построения системы учебного физического эксперимента с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования и методики его применения

3. Обоснована важность введения в практику преподавания физики в основной и средней школе методик обучения, ориентированных на самостоятельное приобретение учащимися нового знания, как элемента деятельностной компоненты содержания школьного физического образования

4. Определены требования к формированию системы УФЭ с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования.

5. Разработаны подходы к организации демонстрационного и лабораторного эксперимента, которые представлены в методических рекомендациях учителям и разработанных практических работах. Выбраны соответствующие содержанию методы и средства обучения.

6. На основании проведенного исследования разработан, утвержден и внедрен в практику повышения квалификации учителей физики курс «Лабораторный и демонстрационный эксперимент по физике на оборудовании Ь-т1сго».

7. Рассмотрена возможность реализации системы УФЭ с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования в основной и средней школе.

8. В результате педагогического эксперимента подтверждена выдвинутая гипотеза и доказана эффективность применения системы УФЭ с использованием современного (в том числе цифрового) оборудования в основной и средней школе.

Таким образом, выполненное диссертационное исследование можно считать законченным. Предложенные методические рекомендации могут быть включены в процесс преподавания физики в основной и средней школе в различных профилях образования.

Перспективными направлениями развития предложенного методического подхода организации УФЭ с использованием СЦО могут являться:

1. Дальнейшая разработка подсистемы экспериментальных задач при изучении физики в основной и профильной средней школе.

2. Организация учебно-исследовательской деятельности учащихся, направленной на модернизацию системы УФЭ с использованием современного оборудования в средней школе.

Основные результаты исследования изложены в следующих публикациях:

1. Верховцева, М.О. Роль современного учебного физического эксперимента в преподавании физики в средней школе. / М.О. Верховцева // Физическое образование в вузах. 2012. Т.18. - № 2. - С. 111-118. (0,56 пл.).

2. Верховцева, М.О. Моделирование системы УФЭ с использованием современного цифрового оборудования кабинета физики (на примере раздела «Механика»). / М.О. Верховцева // Физика в школе, 2013. - № 8. - С. 2-11. (0,63 пл.).

3. Верховцева, М.О. Моделирование системы учебного физического эксперимента с использованием современного оборудования кабинета физики (на примере раздела «Механика») / М.О. Верховцева // Письма в Эмиссия. Оффлайн (The Emissia.Ofiline Letters) (электронный журнал). - Декабрь 2014, ART 2295. - СПб., 2014 г. - URL: littn;//www.emissia.org/ofnine/2014/2295.litm. (0,5 пл.). - ISSN 1997-8588.

4. Верховцева, М.О. Информатизация физического образования в лицее. / М.О. Верховцева, Г.Э. Тимофеева // Информационно-коммуникационные технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики: в 2-х ч. 4.1. Сборник материалов научно-практической конференции «ИКТ в подготовке учителя физики и учителя технологии». — Коломна: КГПИ, 2007. — С. 77-79.(0,11 п.л./0,19 п.л.).

5. Верховцева, М.О. Моделирование движения тела, брошенного под углом к горизонту (исследование баллистического движения). / М.О. Верховцева, Г.Э. Тимофеева // Перспективы развития современной школы: электронный журнал. - 2008. - № 1. - URL: http://www.nauknpro.ru/new 2008/verxov.html. (0,25 п.л./0,38 п.л.). - ISSN 1993-6133.

6. Верховцева, М.О. Роль учебно-исследовательской деятельности при формировании информационной компетентности учащихся. / М.О. Верховцева // Информационно-коммуникационные технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики: в 3-х ч. 4.2. Сборник материалов научно-практической конференции «ИКТ в подготовке учителя физики и учителя технологии». - Коломна: КГПИ, 2008. - С. 24-27. (0,25 п.л.).

7. Верховцева, М.О. Информатизация физического эксперимента в школе. / М.О. Верховцева, Д.А. Порохов // Материалы Х-ой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-09). - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2009. - Т.2. - С. 3941. (0,09 п.л./0,19 п.л.). - ISBN 978-5-8064-1414-5.

8. Верховцева, М.О. Современные цифровые лаборатории в подготовке студентов физических специальностей педагогического института / М.О. Верховцева, Д.А. Порохов, О.Л. Тропо-лева // Естественно-математическое образование в современной школе. Сборник научных трудов/Под общ. ред. М.А. Шаталова. - Вып.З. - СПб., ЛОИРО, 2009. - С. 190-194. (0,15 п.л./0,313 пл.). - ISBN 978-5-87499-032-1.

9. Верховцева, М.О. Использование микро-лаборатории на уроках физики для подготовки к ЕГЭ / В.В. Бендарик, М.О. Верховцева, Д.А. Порохов // Естественно-математическое образование в современной школе. Сборник научных трудов / Под общ. ред. М.А. Шаталова. - Вып.З. -СПб., ЛОИРО, 2009. - С. 172-174 (0,08 п.л./0,19 п.л.). - ISBN 978-5-87499-032-1.

10. Верховцева, М.О. Сотрудничество преподавателей физики школ и вузов при организации физического практикума школьников. / М.О. Верховцева, Д.А. Порохов // Материалы XI-ой

конференции стран Содружества «Современный физический практикум» (СФП-2010). - Минск: Издательский центр БГУ, 2010. - С. 299-300. (0,06 п.л./0,125 п.л.). - ISBN 978-985-476-850-2.

11. Верховцева, М.О. Интерес к физике - через фестивальное движение. / М.О. Верховцева, Д.А. Порохов // Материалы конференции «Искусство удивлять», посвященной 75-летию открытия в Санкт-Петербурге Дома занимательной науки на Фонтанке. - СПб.: Центральный музей связи имени A.C. Попова, 2010. - С. 138-145. (0,25 п.л./0,5 п.л.). - ISBN978-5-903733-11-8.

12. Верховцева, М.О. Роль современного учебного физического эксперимента в преподавании физики в средней школе. / М.О. Верховцева // Материалы XI-ой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-11). - Волгоград: Изд-во ВГСПУ «Перемена», 2011. - Т.2. - С. 36-39. (0,25 пл.). - ISBN 978-5-9935-0232-8.

13. Верховцева, М.О. Физический эксперимент в музее - теперь это реальность! / A.B. Вер-ховцев, М.О. Верховцева, Ю.Б. Журавлев // Компьютерные инструменты в школе, 2012. - № 1. - С.14-18. (0,25 п.л./0,313 п.л.).

14. Верховцева, М.О. Оптимизация системы УФЭ в средней школе. / М.О. Верховцева // Материалы XII-ой конференции стран Содружества «Современный физический практикум» (СФП-2012). - М.: Издательский дом МФО, 2012. - С.176. (0,06 п.л.).

15. Верховцева, М.О. Повышение квалификации учителей физики в области учебного физического эксперимента. / М.О. Верховцева // Материалы XII-ой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-13). - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2013. - Т. И. - С. 32-35. (0,25 пл.). - ISBN 978-5-8021-1656-2.

16. Верховцева, М.О. Методика работы с источниками информации на уроках физики в основной школе. / М.О. Верховцева // Образование элитного качества: стратегия, содержание, технологии. Материалы III Всероссийской открытой научно-практической конференции довузовских образовательных учреждений МО РФ. В 2-х ч. 4.1. - Ставрополь: Альфа Принт, 2014. -С. 156-162. (0,44 пл.). - ISBN 978-5-91628-161-3.

Личный вклад автора. Работы 2, 6, 12, 16 выполнены и написаны лично автором. Научный руководитель A.B. Ляпцев осуществлял в работах 1, 3, 14, 15 постановку задачи, определении направления исследования и принимал участие в обсуждении результатов и выводов. В работах 7, 8, 9, 10, 11, 15 Д.А. Порохов участвовал в обсуждении и реализации предлагаемой методики. В опубликованных работах полно отражены основные положения, результаты и выводы диссертационного исследования. Текст автореферата правильно отражает основное содержание диссертации.

Подписано в печать 13.02.2015 Формат 60x84'Лб Цифровая Печ. л. 1.2 Тираж 100 Заказ №22/02 печать

Типография «Фалкон Принт» (197101, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Пушкарская, д. 54, офис 2)