автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Взаимосвязь основных дидактических принципов преподавания физики в педагогических вузах

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Малых, Валерий Степанович, 1998 год

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ДИДАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБУЧЕНИЯ РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

1.1. Технология обучения решению учебных физических задач, основанная на понятии информационной модели.

1.2. Применение информационного моделирования и методов научного познания при решении физических задач.

1.3. К методике решения нестандартных физических задач.

ГЛАВА 2 О РЕАЛИЗАЦИИ ПРИНЦИПОВ НАУЧНОСТИ И ПРОЧНОСТИ ЗНАНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ НЕКОТОРЫХ РАЗДЕЛОВ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

2.1. Алгоритмизация метода симметрии в электростатике и магнитостатике.

2.2. Понятие "Система отсчета" в физике и в астрономии.

2.3. О принципе особой прочности фундаментальных знаний.

ГЛАВА 3 РАЗВИТИЕ ПРИНЦИПА ПРОБЛЕМНОСТИ В ОБУЧЕНИИ

3.1. Использование ошибок как пропедевтика проблемного обучения.

3.2. Противоречие - движущая сила обучения.

3.3. Принцип развития учебной задачи как метод обучения физике.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Взаимосвязь основных дидактических принципов преподавания физики в педагогических вузах"

Актуальность темы. В настоящее время в ходе социально-экономических

V. преобразований в'Уоесии предпринимается попытка провести реформу образования. Возрождение отечественной промышленности невозможно без создания новых наукоемких технологий. Это ставит задачу подготовки высокообразованных специалистов в области естественных и точных наук и прежде всего физики. Следовательно, школа (средняя и высшая) должна обеспечить выпуск необходимого числа таких специалистов. В то же время отмечается потеря познавательных интересов, именно в области физики, многими школьниками и студентами. В связи с этим возникла острая необходимость изменения привычных способов деятельности школьных учителей и в еще большей степени преподавателей высшей школы. В обучении специалистов требуется перенести акцент с обучающей деятельности преподавателя на познавательную деятельность студентов, Сейчас все более актуальной становится задача повышения квалификации преподавателей в области культуры умственного труда, умений научить студентов учиться [ 1 ].

Наиболее развитой и в наибольшей мере отвечающей потребностям перестройки образовательных процессов является теория деятельности, разработанная в отечественной психолого-педагогической науке (JI.C. Выгодский, С.Л. Рубинштейн, А.Н. Леонтьев, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, Н.Ф. Талызина и др.). В соответствии с деятельностным подходом усвоение содержания исторического опыта людей осуществляется не путем передачи информации о нем человеку, а в процессе его собственной активности, направленной на предметы и явления окружающего мира, которые созданы развитием человеческой культуры. Однако, этот деятельностный подход пока не внедрился в должной степени в практику вузовского обучения физике. Продолжает существовать давно никшее противоречие между необходимостью создания психологсндидактиче-ских условий развития творческой индивидуальности будущего учителя и значительной инертностью преподавательского корпуса, предрасположенного к традиционным репродуктивным методам обучения. В данном исследовании рассмотрен один из вариантов разрешения этого противоречия, главным образом, в рамках практических занятий по решению физических задач. Предлагаем опыт активного обучения вписать в сложившуюся педагогическую систему.

Соответственно ставим цель исследования: из современной дидактики выделить основные принципы обучения решению физических задач и усовершенствовать технологию их использования применительно к студентам педагогических вузов.

Объект исследования: процесс обучения общей физике студентов педагогических вузов.

Предмет исследования: процесс обучения решению физических задач.

Гипотеза, положенная в основу исследования: для конструирования системы рекомендаций и обобщенного подхода к решению задач по общей физике необходимым (и в какой-то мере достаточным) является выделение ограниченного количества дидактических принципов во взаимосвязи между собой, а также с принципами физической науки. Предположение основано на соответствии учебного предмета физики и принципов дидактики Я.А. Коменского (в современном понимании). Дело в том, что физика (как часть человеческого знания) и дидактическая система Коменского "списаны" у природы и отражают ее объективные закономерности. Также и закономерности познания человеком природных явлений заложены в физике как учебном предмете. Простейшей иллюстрацией здесь является изложение курса механики в соответствии с принципом "от простого к сложному: материальная точка-твердое тело-упругое тело-идеальная жидкость и т.д.

Считаем, что основным рабочим звеном указанного обобщенного алгоритма,

V. позволяющего обучаемому выйти на исследовательский уровень познания, может служить понятие информационной модели, как образа физической реальности, выраженного в простейших физических моделях. Понятие информационной модели может быть эффективно применено также и при изучении теоретических основ физической науки.

Цель и гипотеза обусловили следующие задачи исследования:

1. На основании минимального количества принципов дидактики сконструировать обобщенный алгоритм решения задач по общей физике в соответствии с современными методами научного познания.

2. Разработать методику решения содержательных задач классической физики, основанную на понятии информационной модели. Задачу считаем содержательной, если в ней представлены реальные объекты, как правило, участвующие в реальных физических процессах.

3. Выделить наиболее оптимальные методы изучения теоретических положений в плане подготовки обучаемого к решению физических задач.

4. Сравнить предлагаемую методику с существующими методиками, показать на примерах возможности ее применения.

Для решения этих задач использовались следующие методы исследования:

- сопоставительный анализ существующих методик обучения решению задач по общей физике;

- наблюдение, собеседование, контрольные и проверочные работы в практике собственного преподавания и других преподавателей школ и вузов;

- интроспективный анализ процесса нахождения решения физической задачи с последующей проверкой результатов этого анализа на практических занятиях со студентами и школьниками.

Научная новизна и теоретическая значимость.

- Предложено использовать в дидактике понятие информационной модели, с помощью которого наиболее полно и точно отражается процесс анализа физической ситуации задачи.

- Предлагается ввести в методику обучения физике принцип развития задачи, позволяющий вывести обучаемого на уровень учебного, а в некоторых случаях, и научного исследования.

Практическая значимость исследования:

1. Сконструирована и опробована система методов, стимулирующих мыслительную деятельность студентов при решении физических задач и изучении физики вообще.

2. На достаточном числе примеров проиллюстрирована технология применения теоретических положений автора, что может служить практическим руководством для начинающих преподавателей.

3. Разработаны практические рекомендации по отдельным вопросам курса физики и астрономии.

На защиту выносятся:

1. Общий подход к решению произвольной задачи по общей физике с центральным звеном; информационная модель.

2. Трансформация некоторых принципов дидактики Я.А. Коменского применительно к современным условиям.

3. Введение в методику преподавания общей физики принципа развития задачи.

4. Алгоритмы рассуждений, основанных на соображениях симметрии.

5. Корректировка понятая "Система отсчета" (по матершнам учабшюЙ тгщте^-ры) в физике и астрономии.

Апробация полученных результатов. Основные результаты докладывались

V. автором и обсуждались на зональных совещаниях-семинарах по физике педвузов Поволжья и Северного Кавказа (1979,1981,1983гг), на Всесоюзных научно-методических конференциях по проблемному обучению физике (Душанбе 1978г., Донецк 1990, 1991, 1993гг., Нижний Новгород 1997г., Нальчик 1998г.). Результаты исследования в виде методических разработок по курсам общей физики и астрономии внедрены в практику работы физического факультета Адыгейского госуниверситета.

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С учетом обстоятельств, сложившихся в области преподавания курса общей физики в педагогическом вузе (необходимость направленности обучения студентов на их будущую профессиональную деятельность в качестве школьных учителей; слабая школьная подготовка, в том числе и по предмету "Физика" поступающих на физические факультеты; инертность по отношению к педагогическим инновациям преподавательского корпуса) разработана программа учебной работы студента в системе практических занятий по решению физических задач, включающую обобщенный алгоритм решения любой учебной задачи по курсу общей физики. Центральным звеном нашего алгоритма является понятие информационной модели физической ситуации задачи.

Из всей дидактики выделены ведущие дидактические принципы: научности, прочности знаний, проблемности. Взаимосвязь этих принципов обусловлена применением при изучении физики и обучении физике методов научного познания. Наиболее содержательным и оптимальным для решения физических задач вариантом такой методики является информационное моделирование. Согласно принципу особой прочности фундаментальных знаний обучаемый осваивает определенный набор информационных моделей понятийного аппарата. В дальнейшем в соответствии с методами научного познания из этих базовых моделей строятся информационные модели решаемых задач.

В работе показана универсальность информационной модели, применимость ее для решения физических задач любого уровня трудности, включая и нестандартные (требующие для своего решения приемов, не содержащихся в частных тематических алгоритмах). Очевидной является также применимость этого понятия для решения непоставленных, т.е. исследовательских задач. Границы применимости понятия "информационная модель" совпадают с границами применимости классических представлений о пространстве и

V. времени. Модель работает там, где виден мир, но не видны (сразу) уравнения. #

Для области, в которой видны уравнения, но не виден мир, информационная модель помогает лишь интерпретировать результаты исследований.

В работе показано, что в практике преподавания физики в настоящее время наметились уклонения от принципов научности и прочности знаний. Учебники для средней и высшей школы содержат ошибки, неточности, многочисленные умолчания. Приведен пример заполнения одного из умолчаний: соображений симметрии логическим содержанием. Набор из 12-ти предложенных автором теорем позволяет обеспечить доскональное, логически последовательное изложение методов теоремы Гаусса-Остроградского и закона полного тока при решении задач с симметричными объектами электромагнетизма.

Рассмотрено в дидактическом аспекте применение понятия "Система отсчета" в курсах физики и астрономии. Анализируется использование этого понятия в распространенных учебниках и на конкретных примерах показывается, как часто некритический подход к выбору системы отсчета ведет к неоднозначности истолкования и условия задачи и ее решения. Показывается, что термины: "геоцентрическая" система отсчета, "гелиоцентрическая" система отсчета являются недостаточными для построения пространственной системы координат, так как кроме центра надо задать направления осей. Сравниваются различные варианты уточнения этих понятий: геоцентрическая-звездная, гелиоцентрическая-земная и т.п. Также уточняется недостаточно четко вводимое во многих учебниках астрономии понятие "видимое движение небесных светил", сопоставляются сферическая система координат и различные системы небесных координат. Предлагается унифицированный проем решения астрономических задач на основе теоремы сложения скоростей.

Противоречие между большим объемом изучаемого студентами теоретического материала и необходимостью твердых уверенных знаний этого материала предложено разрешать методом свертывания информации. В качестве одного из видов этого приема выступает информационная модель физической ситуации, соответствующая одному элементу или блоку элементов понятийного аппарата изучаемого раздела физики. В связи с этим принцип прочности знаний предложено именовать принципом особой прочности фундаментальных знаний. Информация, лежащая вне круга фундаментальных знаний добывается методами научного познания.

Выдвинут тезис: "Противоречие- движущая сила обучения." Автором принята концепция, согласно которой поиск и разрешение противоречий в восприятии изучаемого материала является сущностью, основой принципа проблемности в обучении. Простейшим примером противоречия может стать допущенная ошибка. Показано, как поиск и исправление ошибок подготавливает учащихся к проблемному обучению. Найдены противоречия -парадоксы из разных разделов общей физики, в большинстве своем решаемые элементарными, но трудно находимыми путями. Такие парадоксы опробованы в учебной работе со студентами и школьниками. Отмечено, что интерес к разрешению парадоксов имеют очень многие, но добиваются успеха лишь единицы. Произведена условная классификация противоречий, используемых в учебном процессе, на две группы.

Предложено ввести в методику преподавания физики принцип развития учебной задачи. Под развитием задачи понимается нахождение новых вопросов после решения задачи и получения ответа, т.е. продолжение решения уже решенной задачи. Развить содержание задачи можно физическим путем: посредством развития информационной модели задачи. Этот путь определяется диалектикой материального мира, его изменениями в пространстве и времени.

V.

Другой путь математический: развитие математической модели физической ситуации задачи. Здесь возможностей больше. Часто количественные изменения параметров приводят к новому качеству. Интересные возможности дает исследование ответа на предельные случаи (согласно известному физическому принципу соответствия). Развитие математической модели может дать результаты, не заложенные в информационной модели. Так учащиеся получают новые знания.

Показано, что принцип развития задачи позволяет естественным путем организовать дифференцированную работу учащихся при изучении физики, так как каждый учащийся может развить задачу по-своему и до разных уровней сложности применяемых моделей. При необходимости можно упрощать модели, рассматривать только один какой-нибудь частный случай, разбить составную задачу на ряд простых и т.д. Диапазон дидактических возможностей применения этого метода чрезвычайно широк: от задач элементарных до исследовательских, творческих, при решении которых можно по мере своих склонностей и способностей можно неограниченно углубляться в изучение поставленного вопроса.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Малых, Валерий Степанович, Майкоп

1. Вербицкий А.А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход: Метод. Пособие.-М.: Высшая школа, 1991 -207с.

2. Михеева Н.К. Обучение решению задач как путь профессиональной подготовки учителя физики. Автореф. дисс.канд. пед. наук.-Л., 1977.

3. Волова С.М. Система подготовки студентов пединститутов к профессиональной деятельности в области решения физических задач. Автореф. дисс.канд. пед. наук М., 1988.

4. Бухарова Г.Д. Теоретико-методические основы обучения решению задач студентов вуза. Автореф. дисс.докт. пед. наук Екатеринбург, 1996.

5. Грязева Н.Н. Творческие задачи по физике как средство формирования познавательной деятельности учащихся. Автореф. дисс.канд. пед. наук.-Че-лябинск, 1996.

6. Сахаров Д.И. Сборник задач по физике. М.: Просвещение, 1973.-288с.

7. Зайцева А.М. Задачник-практикум по общей физике. М.: Просвещение, 1972.

8. Мелешина А.М., Зотова И.К. О преподавании физики в вузе.-Воронеж: Изд-во ВГУ, 1989.-160с.

9. Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе-М.: Просвещение, 1987-ЗЗОс.

10. Практикум по методике решения физических задач Учеб. пособие для физ.-мат. фак. пед. ин-тов / В. И. Богдан, В. А. Бондарь, Д. И. Кульбицкий, В.А.Яковенко.-Мн.: Высшая школа, 1983.-272с.

11. П.Пушкин В.Н. Психология и кибернетика. М.: Педагогика, 1971.

12. Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения.-М.: Просвещение, 1983,—432с.

13. Шамало Т.Н. Образные и вербальные компоненты мышления учащихся. // Физика в школе. 1998. № 3- с. 18-20.

14. З.Щукина Г. И. Активизация познавательной деятельности учащихся в учебном процессе. М.: Просвещение, 1979.

15. Малых B.C., Копытов Г.Ф. Истоки познавательной активности студентов при решении задач по электричеству. //Активизация познавательной деятельности студентов при изучении физики в педвузе: Межвуз. сб. научных трудов-Ростов-н/Д-1983г.- С. 83-89.

16. Горбунова О. И., Зайцева A.M., Красников С.Н. Задачник-практикум по общей физике. Электричество. Электромагнетизм.-М.: Просвещение, 1975.— 160с.

17. Фирганг Е. В. Руководство к решению задач по курсу общей физики.-М.: Высшая школа, 197,8.-351с.

18. Новодворская Е. М., Дмитриев Э.М. Методика проведения упражнений по физике во втузе.-М.: Высшая школа, 1981.-318с.

19. Семыкин Н. П. Любичанковский В. А. Методические вопросы в курсе физики средней школы М.: Просвещение, 1979.-86с.

20. Сичивица О.М. Методы и формы научного познания.-М.: Высшая школа, 1972.

21. Шапоринский С. А. Обучение и научное познание-М.: Педагогика, 1981.

22. Копытов Г.Ф., Малых B.C. Роль модельных представлений в процессе решения задач по теме "Магнитное поле". / Ред. ж. "Изв. вузов. Физика".-Томск, 1986.- 9с.- Библиогр.: 5 назв.-Деп. в ВИНИТИ № 8442-В86 от 10. 12. 86г.

23. Балаш В.А. Сборник задач по курсу общей физики- М.: Просвещение, 1978-208с.

24. Мякищев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учеб. для 10 кл. сред, шк.- М.: Просвещение, 1994-222с.

25. Малых B.C. Основные принципы методики решения нестандартных физических задач. //Труды физического общества республики Адыгея -1997.-№> 2-С. 87-95.

26. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы М.: Высшая школа, 1986.- 256с.

27. Жукова И.Н., Малых B.C. Задачи физических олимпиад (выпуск 2): методическое пособие.-Майкоп.-АГУ-1997г.-84с.

28. Сивухин Д.В. Механика: Учеб. пособие для вузов.-М.: Наука, 1989-576с. (Общий курс физики; т.1).

29. Коменский Я.А. Великая дидактика (в книге Я.А. Коменский. Избранные педагогические сочинения, т.1).-М.: Педагогика, 1982.

30. Телеснин Р. В., Яковлев В. Ф. Курс физики. Электричество-М.: Просвещение, 1970.

31. Физика: Учеб.пособие для 10 кл. шк. и классов с углубл. изуч. физики/ Ю.И.Дик, О.Ф.Кабардин, В.А.Орлов и др.; Под ред. А.А.Пинского- М.: Просвещение, 1993.

32. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.Ш (электричество).- М.: Наука, 1977-688с.

33. Глебашев Г.Я. К методике решения задач по физике (электричество и магнетизм).- Издательство Казанского университета, 1977

34. Малых B.C. К решению задач с применением теоремы ГауссагОстроград-ского (логическое обоснование метода). //Профессионально-педагогическш подготовка учителя физики: Межвуз. сб. научных труде®- Ростов-н/Д.-1979г.-С. 62^68. .•г

35. Копытов Г.Ф., Малых B.C. Применение теорем о симметричных токах к решению задач по магнетизму. / Ред. ж. "Изв. вузов. Физика".- Томск, 1983-13с.-Библиогр.: 8 назв.-Деп. в ВИНИТИ № 1731-83 от 23. 02. 83г.

36. Малых B.C. Понятие "Система отсчета" в физике и астрономии (дидактический аспект). // Труды физического общества республики Адыгея-1996.-№1.-С. 29-34.

37. Жирнов Н.И. Классическая механика М.: Просвещение, 1980.

38. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике М.: Просвещение, 1988.

39. Воронцов Вельяминов Б.А. Сборник задач и практических упражнений по астрономии,-М.: Наука, 1977.-272с.

40. Стрелков СЛ. Механика.-М.: Наука, 1975 560с.

41. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика М.: Просвещение, 1987.

42. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии: Учебник.-М.: Наука, 1983 -560с.

43. Астрономия: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. шд. ин~~то®/ М.М. Дагаев, В.Г.Демин, И.А. Климишин, В.М. Чаругин.-М.: Просвещение, 1983 .-384с.

44. Малых B.C. Принцип научности в преподавании первооснов астрономических знаний.//Гуманитарные аспекты соврем, астрокосмич. образования: Сб. мат. федер. научно-практ. конф -Н. Новгород.-НГПУ.-1997г.-С. 42-43.

45. Астрономические координаты. Методическая разработка (сост. Жуков JI.B.), Ленинград, 1987.

46. Голубева О.В. Астрономия. -М.: Просвещение, 1983.

47. Воронцов- Вельяминов Б.А. Асторономия -10. М.: Просвещение, 1987.

48. Ленин В.И. Полн. собр. соч., т.41, с. 305.

49. Проблемы преподавания физики. Сборник М.: Знание, 1978, №2, с.55-56. 53.3исман Г.А., Тодес О.И. Курс общей физики, т.2, Электричество имагнетизм.-М.: Наука, 1969.-368с.

50. Хорошавин С. А. Физический эксперимент в средней школе-М.: Просвещение, 1988.

51. Малых B.C. Обучение решению проблем в курсах физики и астрономии. // Методологические, дидактические и психологические аспекты проблемного обучения физике: Тез. докл. Всесоюз. научно-мет. конф.-Донецк.-ДонГУ.-1990г.-С.158.

52. Ланге В.Н. Физические парадоксы, софизмы и занимательные задачи М.; Просвещение, 1967

53. Тульчинский М.Е. Занимательные задачи-парадоксы и софизмы по физике-М.: Просвещение, 1971

54. Малых B.C. Неудачное уточнение. // Физика в школе. 1995. № 4.- С.78.

55. Мальгх B.C. О работе с учебником В.В. Мултановского при изучении темы "Движение в центрально-симметричном поле". // Труды физического общества республики Адыгея.-1998г .-№ З.-С. 58-62.

56. Жукова И.Н., Малых B.C. К вопросу об энергии электростатического по-ля.//Труды физического общества республики Адыгея.-1998г.-№ 3.-С.66-82.

57. Иоффе А.Ф. Курс физики. Т.1.-ГИТТЛ, 1940.

58. Кабардин О.Ф. и др. Задания для итогового контроля знаний учащихся по физике в 7-11 классах средней школы. М.: Просвещение, 1994.

59. Учебные задания по курсу физики повышенного уровня. Электродинамика. * (подготовлены Макаровым Д.Е., Орловым В.А.) М.: Академия пед. наук

60. СССР, НИИ содержания методов обучения.

61. Фейнмановские лекции по физике. Задачи и упражнения с ответами и решениями-М,: Мир, 1878.

62. Антонов Л.И. и др. Методика решения задач по электричеству/ Л.И. Антонов, Л.Г. Деденко, А.Н. Матвеев; Под общей ред. А.Н. Матвеева.-М.: Изд-во МГУ, 1982.-168с.

63. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма: Учеб. пособие для вузов.-М.: Высш. шк., 1983.-279с.

64. Жирнов Н.И. Задачник-практикум по электродинамике.-М.: Просвещение, 1964.-347с.

65. Методические указания по проблемному обученшо в вузе./ ТЛ. Атанов, Донецк: ДонГУ, 1985

66. Барабанщиков А.В. Проблемное обучение: итоги подведены-проблемы остаются. // Вестник высшей школы. 1985. №11

67. Ленин В.И. Полн. собр. соч., т.29, с. 128

68. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. Элементы прикладной математики- М.: Наука, 1967.

69. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. Вып. 6.-М.: Мир, 1977-348с.

70. Малых B.C. Задача с развивающимся содержанием как средство проблемного обучения. // Методологические, дидактические и психологические аспекты проблемного обучения физике: Тез. докл. 3-й Международной научно-мет. конф.-Донецк.-ДонГУ-1993г.-С. 124.

71. Кузьмичев С.Д. Физика. Задание №3 для 10 классов, г. Долгопрудный, МФТИ, 1995.

72. Физический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1983.

73. Федоров В.Ф. О задачах с "развивающимся" содержанием. // Физика в школе. 1975. №2.