Формирование информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике

Актуальность исследования определена требованиями современного общества к уровню образованности личности, потребностями развития теории и методики обучения физике и обусловлена следующими обстоятельств ами:

— во-первых, коренными изменениями, происходящими на этапе перехода от индустриального общества к информационному, предполагающими такие качества личности, как высокая общая культура, творческая инициатива и предприимчивость, социальная зрелость. От сегодняшних выпускников школ требуется не только знание основ физической науки, но и овладение умениями, соответствующими требованиям социального заказа;

— во-вторых, необходимостью разработки нового подхода к содержанию физического образования, поиском новых путей формирования у учащихся способности находить свое место в жизни, успешно решать встающие перед ними задачи (учебные, социальные, экологические, экономические, научно-технические и др.) на основе самостоятельного поиска актуальной информации;

— в-третьих, дифференциацией и интеграцией научных знаний, направленных на развитие личности, на удовлетворение индивидуальных запросов и потребностей учащихся, переориентацией процесса обучения физике с методов передачи информации в готовом виде на методы организации познавательной деятельности учащихся по исследованию изучаемых физических явлений и процессов;

— в-четвертых, отсутствием учебников, учебных пособий, дидактических и методических разработок, описывающих процесс формирования информационной культуры при обучении физике в основной школе,.

Степень разработанности проблемы. В психолого-педагогической и методической литературе обсуждаются различные аспекты формирования информационной культуры учащихся в процессе обучения физике.

Первое из них связано с разработкой концепций различных педагогических технологий (Ю.К. Бабанский [13], В. П. Беспалько [20], B.C. Леднев [137, 138] и др.). В рамках этого направления информационные технологии рассматриваются как эффективное средство обучения.

Второе направление связано с вопросами оптимизации процесса обучения физике, с использованием в нем новых информационных технологий (Б.С. Гершунский [53], А. А. Кузнецов [168], В. В. Лаптев [134, 135], Ломов [150], И. В. Роберт [209], П. И. Самойленко [209, 216] и др.). В этих-работах рассматриваются вопросы практического использования информационных технологий в процессе обучения физике, а также условия их рационального включения в учебно-познавательную деятельность учащихся.

Третье направление связано с разработкой теоретических основ применения новых информационных технологий в учебном процессе (В.И. Богословский [28, 29], Г. А. Бордовекий [193], А. П. Ершов [80, 81], В. А. Извозчиков [101, 193], Е. С. По лат [75, 179] и др.).

В частных дидактиках и методиках выполнены исследования по проблеме формирования информационной культуры или ее элементов в рамках отдельных учебных дисциплин: физики в средней школе (В.Н. Аниськйн [8], Л. В. Баранова [16], В. А. Бетев [21, 23, 24, 121], Ю. И. Дик [203], А.А. Ез^ов [79], А. А. Зиновьев [95], Н. М. Зверева [90], С. Е. Каменецкий [108], Г. П. Корнев [123], Ю. А. Кустов [132, 133], В. В. Лаптев [134, 135], О. Б. Медведев [160], В. Г. Разумовский [186, 203, 244], П. И. Самойленко [209, 216], Е. А. Самойлов [217], Л. П. Свитков [219], Л. С. Хижнякова [264, 265], Н. В. Шаронова [271] и др.), информатики (В.В. Бизюк [26], Т. В. Добудько [77, 204], В. А. Каймин [106, 107], т.

М.П. Лапчик [136], В. И. Пугач [9, 204] и др.), математики (Т.Я. Зелинская [93] и ДР-).

Вместе с тем, анализ научно-методической литературы позволяет сделать вывод о том, что методика формирования информационной культуры учащихся при обучении физике нуждается в совершенствовании. В методике обучения физике еще нет полного и глубокого обоснования процесса формирования информационной культуры учащихсяотсутствует четкое представление о понятии информационной культуры с учетом его: а) содержанияб) структурыв) особенностей и возможностей применения к различным видам деятельности учащихся на уроках физики.

При этом в развитии методики обучения физике возникает ряд характерных противоречий:

— между возрастающим объемом информации, получаемым учащимися в процессе обучения физике в основной школе, и недостаточно полным и глубоким пониманием сущности информационных процессов;

— между требованиями современной педагогической парадигмы, рассматривающей учебный предмет (физику) как средство развития ученика, и ориентацией учителя в основном на передачу определенной суммы физических знаний;

— между знаниями и умениями, приобретаемыми учащимися основной школы в процессе обучения физике, и недостаточным применением их в жизнедеятельности;

— между сложившейся системой формирования общей культуры учащихся и недостаточной разработанностью методики формирования информационной культуры как ее части у учащихся основной школы в процессе обучения физике.

В связи с вышеизложенным проблема исследования заключается в выявлении потенциала курса физики основной школы для формирования информационной культуры учащихся и определение взаимосвязи уровня ее сформированности с эффективностью процесса обучения физике.

Исследование проблемы ограничено рамками процесса обучения физике в основной школе.

Сказанное выше объясняет выбор темы исследования — «Формирование информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике».

Цель исследования — разработать и теоретически обосновать технологию обучения физике, способствующую формированию информационной культуры учащихся основной школы, апробировать ее в ходе экспериментального преподавания физики в средних учебных заведениях.

Объект исследования — процесс обучения физике в основной школе.

Предметом исследования является формирование информационной культуры учащихся основной школы как компонент деятельности учителя в процессе обучения физике.

Гипотеза исследования. Качество знаний и умений учащихся по физике повышается, если в процессе преподавания физики формировать у них информационную культуру научения.

Исходя из цели и гипотезы исследования, в работе ставились следующие задачи:

1. Выявить степень разработанности проблемы в психолого-педагогической теории и практике. Раскрыть сущность понятия информационной культуры учащегося и ее соответствие сущности учебной деятельности при обучении физике с позиции общефилософского подхода.

2. Обосновать необходимость и возможность формирования информационной культуры учащихся при обучении физике в основной школе и выявить дидактические условия, способствующие повышению эффективности этого процесса.

3. Разработать технологию обучения физике, позволяющую сформировать информационную культуру учащихся основной школы и экспериментально проверить ее эффективность.

4. Составить комплекс дидактических средств для формирования информационной культуры учащихся в процессе обучения физике: определенным образом структурировать учебный физический материал, подобрать задания для формирования приемов продуктивного мышления, упражнения по логике. Разработать и опубликовать методическое пособие для учителей физики, студентов физико-математических факультетов педагогических вузов «Формирование компьютерной грамотности учащихся на материале школьного курса физики».

Методологическую и теоретическую основу исследования составляют:

— диалектическая теория познания;

— философские основания информатизации общества и образования (А.И. Ракитов [208], А. Д. Урсул [245] и др.);

— психологическая теория деятельности (А.Н. Леонтьев [142, 143], С. Л. Рубинштейн [211] и др.), теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин [50], Н. Ф. Талызина [237]), теории и концепции развивающего обучения (В.В. Давыдов [178], А. В. Усова [246, 247] и др.);

— концепции общей дидактики (И.Ф. Исаев [192], В. В. Краевский [125], B.C. Леднев [137, 138], М. Н. Скаткин [145], И. Я Лернер [144, 145], В. А. Сластенин [192, 225] и др.);

— методика обучения физике (В.А. Бетев [21−24, 121], А. И. Бугаев [31], Ю. И. Дик [203], П. А. Знаменский [97], В. А. Извозчиков [28, 101, 193], С. Е. Каменецкий [108], В. А. Кондаков [120, 121], Г. П. Корнев [123], Ю.А.

Кустов [132, 133], В. В. Лаптев [134, 135], П. И. Самойленко [209, 216], А. В. Усова [162, 246, 247], Л. С. Хижнякова [233, 264, 265], Н. В. Шаронова [271] и др.);

— работы в области информатики и методологии информатизации (В.Н. Аниськин [9, 10], В. М. Глушков [55], А. П. Ершов [80, 81], М. П. Лапчик [136], В. И. Пугач [9, 10, 204], Л. И. Фишман [10, 254] и др.).

Для решения поставленных в исследовании задач были использованы различные методы.

Теоретические методы:

— анализ философской, методологической, психолого-педагогической и научно-методической литературы по исследуемой проблеме;

— анализ собственного опыта автора преподавания физики в средней школе, учебных курсов «Математика и информатика» и «Информационная культура» в вузе;

— изучение содержания стандартов образования, учебных планов, программ, учебников, дидактических пособий по физике;

— поэтапный анализ учебного материала и результатов научения учащихся физике;

— моделирование процесса обучения физике, направленного на yt формирование информационной культуры учащихся основной школы.

Экспериментальные методы:

— наблюдение за ходом учебно-воспитательного процесса при обучении физике, анкетирование учителей и учащихся, тестирование;

— педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, поисковый, обучающий) с целью выявления качества знаний и умений по спешное физике, а также уровня сформированности информационной культуры учащихся основной школы;

— статистическая обработка данных педагогического эксперимента и обоснование выводов.

Основные этапы исследования. В соответствии с поставленными задачами исследование по формированию информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике осуществлялось с 1995 г. по 2000 г. Оно включало в себя три этапа. На первом этапе (1995;1997) была определена проблемная область, и выявлена проблема исследования. Анализировалась философская, психологическая и педагогическая литература с целью определения методологической основы исследования по проблеме формирования информационной культуры учащихся при обучении физике. Была выдвинута предварительная гипотеза, намечены основные этапы исследования, проведен констатирующий эксперимент по определению состояния исследуемого вопроса в практике современного обучения физике в школе. На втором этапе (1997;1998) проведен поисковый эксперимент, в ходе которого были уточнены научные и методологические основания методики формирования информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике. На третьем этапе (1998;2000) осуществлялось пробное и систематическое экспериментальное обучение. По окончании эксперимента были уточнены основные этапы процесса формирования информационной культуры учащихся основной школы, критерии и уровни ее сформированности. Проведение систематического обучающего эксперимента сопровождалось анализом полученных данных. На этом этапе исследования было опубликовано методическое пособие для учителей физики и студентов физико-математических факультетов педагогических вузов. Одновременно с этим в законченном виде оформлены теоретические основы исследования, подведены его основные результаты, сформулированы выводы.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования.

1. Дано определение понятия информационной культуры учащихся с позиции общефилософского подхода, выявлена взаимосвязь и взаимное влияние процесса обучения физике и формирования информационной культуры.

2. Обоснована необходимость и возможность формирования информационной культуры учащихся при обучении физике в основной школе с целью повышения эффективности процесса обучения физике. j.

3. Разработаны некоторые аспекты методики формирования информационной культуры учащихся основной школы в процессе обучения физике, включающие в себя теоретические основы и технологию ее формирования.

4. Определены критерии и уровни сформированности информационной культуры учащихся основной школы.

Практическая значимость исследования заключается в разработке и подборе дидактического материала по проблеме исследования, написании и выпуске методического пособия «Формирование компьютерной грамотности учащихся на материале школьного курса физики» для учителей и студентов педагогических вузовво внедрении в практику преподавания школьной физики технологии формирования информационной культуры. Дидактические материалы и методическое пособие используются в учебном процессе средней школы, при подготовке студентов физико-математического факультета в педагогическом университете, в системе повышения квалификации школьных учителей физики на базе Центра развития образования г. Самары и на кафедре методики обучения физике и информационных технологий Самарского государственного педагогического университета.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается методологической основой исследования, согласованностью его основных результатов с требованиями, предъявляемыми к современным педагогическим исследованиям: использованием взаимодополняющих, адекватных предмету w исследования и поставленным задачам методов и показателей эффективности разработанной технологии, а также репрезентативностью объема выборки участников констатирующего, поискового и обучающего эксперименте в.

Апробация результатов, полученных в ходе исследования, проводилась:

— на международных научно-методических конференциях (Самара, 1998; Санкт-Петербург, 2000; Москва, 2000);

— на Всероссийских научно-практических конференциях (Самара-Тольятти, 1998; Пермь, 1999; Самара-Саратов, 1999; Самара, 2000);

— на межвузовских научно-методических конференциях (Самара, 1997, 1998, 1999,2000).

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в процессе систематической работы с учителями физики в средних школах, на курсах повышения квалификации в Центре развития образования г. Самары, на занятиях по информатике со студентами Самарского филиала Московского городского педагогического университета и на семинарах преподавателей и аспирантов кафедры методики обучения физике и информационных технологий Самарского государственного педагогического университета.

На защиту выносятся:

1. Определение понятия информационной культуры учащихся, отличающееся от традиционного включением деятельности по получению и первичной обработке информации несоциального происхождения (наблюдение и физический эксперимент) и углубленным рассмотрением ее мыслительной обработки: информационная культура учащегося -' элемент общей культуры, i включающий совокупность знаний об основных методах представления информации, информационных процессах и умений их практического применения для постановки и решения актуальных учебных задачв процессе обучения физике по предлагаемой технологии формируются следующие элементы информационной культуры: культура наблюдения и физического эксперимента, культура мышления, культура общения и информативная культура1.

2. Положение о целесообразности включения знаний и умений, образующих информационную культуру, в систему обязательных учебных элементов по физике, поскольку это способствует повышению эффективности усвоения базовых физических знаний и умений, а также отвечает потребностям учащихся и современному социальному заказу.

3. Технология обучения физике, обеспечивающая формирование информационной культуры учащихся основной школы, которая включает:

— поэтапную структуру учебного процесса по развитию основных элементов формируемой культуры. При этом учитывается динамика элементов деятельности по работе с информацией, формируемых через специальный комплекс заданий при обучении физике;

— дидактические средства для учащихся: представление i систематизированного и обобщенного теоретического материала по физике в форме структурно-логических схем, обеспечивающих динамику алгоритмической и эвристической деятельности, способствующих наиболее эффективному протеканию логических и интуитивных процессов при обучении физике;

— дидактические средства для учителей физики и методическое пособие «Формирование компьютерной грамотности учащихся на материале школьного курса физики».

Под информативной культурой мы понимаем совокупность знаний и умений, составляющих компьютерную и информационную грамотность.

Основные положения и результаты исследования изложены в работах [24, 257−263].

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и шести приложений. Общий объем диссертации — 193 страницы, в том числе 10 таблиц, 8 структурно-логических схем, 1 диаграмма, 3 гистограммы.

Список литературы

составляет 295 наименований, из них 12 — на иностранном языке.

Выводы теории состоят в расчете макроскопических величин и их зависимостей на основе микросостояния системы. Внутренняя энергия системы находится, как сумма энергий ее частицтемпература пропорциональна средней кинетической энергии их движениядля газа выводится уравнение состояния, устанавливается связь между константами Rnk.

Основные этапы обобщения показаны на CJIC 2.

Длительный период изучения и практического использования тепловых явлений привел к образованию ряда исходных понятий, принадлежащих началам термодинамики: температуры и теплового равновесия, количества теплоты, внутренней энергии, теплоемкости и т. д. Ядро термодинамики представлено тремя ее принципами (законами). Учебная программа для общей школы предусматривает изучение только первых двух законов термодинамики.

Первый: изменение внутренней энергии неизолированной системы AU равно сумме количества теплоты Q, сообщенного системе, и работы А, совершенной внешними силами над системой:

AU=Q+A.

Теплообмен и совершение работы — два эквивалентных способа изменения внутренней энергии системы.

Во втором законе термодинамики формулируется идея о направленности тепловых процессов на примерах самопроизвольной передачи энергии при теплообмене от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой при установлении теплового контакта между ними, приводится и его статистическое толкование на примере выравнивания концентрации вещества в двух смежных системах (резервуарах).

Для получения конкретных выводов из принципов термодинамики о ходе тепловых процессов, сопровождающихся нагреванием (охлаждением), сжатием (расширением) тел, совершением механической работы, вводится уравнение состояния тела (идеального газа), связывающее параметры состояния р, V, Т. В термодинамике это уравнение является обобщением экспериментальных фактов и принадлежит ядру теории. К ядру также относится универсальная i газовая постоянная R, входящая в уравнение состояния (см. CJIC 3).

CJIC 3. Основные этапы теоретического обобщения при изучении раздела «Термодинамика».

Используя CJIC 2 и 3, на соответствующих занятиях по обобщению и коррекции знаний преподаватель систематизирует знания учащихся по данным разделам и обеспечивает переход их в системные, поскольку реализуется схема научного познания: основные научные факты (понятия) — основные положения (законы) — следствия (приложения).

Приведенные схемы также отражают определенный путь научного познания, позволяют повысить научно-теоретический уровень обучения с помощью уплотнения учебной информации, структурно адекватной теории.

Когда же целесообразно давать учащимся такие схемы (в конце или в начале курса)? На уроках какого типа наиболее эффективно их применение?

Как ввести в учебный процесс методологические знания и закрепить их в сознании учащихся? Вот неполный перечень вопросов, возникающих в практической деятельности учителя физики, решающего задачу формирования у учащихся информационной культуры.

Структурно-логические схемы описания теории и ее составных элементов наиболее эффективны на занятиях по обобщению и систематизации знаний, которые, как правило, завершают изучение разделов или крупных тем курса.

Существуют различные способы построения обобщающих уроков [146, 189 и др.]. Разберем обобщающее занятие по теме «Молекулярная физика», построенное в соответствии с основными этапами процесса научного познания.

На первом (вводном) занятии по теме учитель сообщает учащимся цели и задачи изучения молекулярной физики, определяет объекты рассмотрен ия и два существующих для этого метода: молекулярно-кинетический и термодинамический. Так как в этом разделе будут рассматриваться вопросы термодинамики, то на этом же занятии необходимо познакомить учащихся с определением, структурой и назначением научной теории. На доске вывешивается заранее подготовленная CJIC 4 и разъясняется смысл и значение каждого ее элемента.

Система научных фактов образует базис и служит основанием теории. Идеализированный объект представляет собой модель изучаемых явлений. Ядро теории образуют важнейшие научные положения. Связующий элемент между научными фактами и ядром теории и есть идеализированный объект. Любая теория имеет следствия и ряд свойств, которые могут быть экспериментально проверены. Эксперимент — критерий истинности теории. i.

Затем учащихся надо поставить в известность, что после изучения молекулярно-кинетической теории необходимо заполнить СЛС 4 конкретным материалом.

CJIC 4. Структура научной теории.

1. Научные факты.

2. Идеализированный объект г.

3. Ядро т< постулаты, закон! :ории: л, константы.

1 г.

4. Следствия.

1 г.

5. Эксперимент.

Дальнейшее изучение темы учитель проводит, руководствуясь данной схемой. Каждый раз обращает внимание учащихся на то, какой элемент теории рассматривается и какова его роль в формировании системы знаний.

Суммирование всех сведений осуществляется на повторительно-обобщающем занятии по теме. В соответствии с задачей формирования базовых знаний по физике и информационной культуры учащихся ставятся следующие цели: создать целостные представления об изучаемой теории, выяснить границы ее применимости и методы, используемые при построенииуточнить содержание и роль каждого элемента теорииуказать значение данной теории для развития науки и техники.

Повторительно-обобщающие занятия можно провести следующим образом. Вспоминают с учащимися методологические сведения — изученную ранее структуру научной теории. Для этого на экран с помощью кодоскопа или эпископа проецируют CJIC 5 (или соответствующий кадр из диафильма.

Молекулярная физика" [74]), проводят по ней беседу. Учащиеся назвать роль и место каждой части схемы. должны.

Далее учащимся предлагается проанализировать материал из) учаемой темы, самостоятельно классифицировать его в соответствии с СЛС 4 и заполнить ее. Для облегчения выполнения задания можно дать ряд наводящих вопросов. После заполнения схема должна выглядеть примерно так, как показано на СЛС 5 (или соответствующих кадрах диафильма [74]).

Далее выясняются границы применимости молекулярно-кинетической теории. Учащиеся должны назвать объекты, которые могут быть описаны с помощью этой теории: разреженные газы, пары. Полученные математические выражения законов данной теории неприменимы к газам при больших давлениях и низких температурах, к жидкостям и твердым телам. Кроме того, на основе данной теории могут быть объяснены некоторые свойства жидкостей и твердых тел.

Вместе с учащимися выясняется, какие методы научного познания использовались ими при переходе от одного элемента теории к другому. Например, каким образом осуществляется переход от фактов к модели (путем идеализации, т. е. отказа от несущественных свойств и связей объекта), от ядра теории к следствиям (путем дедуктивных умозаключений и применения математических преобразований).

Степень усвоения молекулярно-кинетической теории и ее связи с теорией познания может быть проверена с помощью анализа ответов на такие вопросы:

1. Укажите, к каким элементам научной теории (научным фактам, законам, следствиям, эксперименту) можно отнести следующие утверждения: а) капля масла растекается по поверхности воды, образуя пленку— б) при сжатии упругих тел (пружины) в них возникает сила упругостив) все тела состоят из частицг) для данной массы газа при постоянном объеме давление прямо пропорционально его температуред) средняя скорость движения молекул водорода при температуре t — 20 °C равна 1755 м/с.

CJIC 5. Структура молекулярно-кинетической теории.

1. Научные факты.

Существование: 1) броуновского движения- 2) диффузии- 3) теплового расширения и сжатия тел. Возможность определения размеров и массы молекул.

5. Эксперимент.

Опыты по проверке газовых законов: Бойля — Мариотта, Гей-Люссака, Шарля.

2. Объясните на основе молекулярно-кинетических представлений: а) теплопроводностиб) явление конвекции. явление.

3. Как можно объяснить факт, что понятия моль, молекула, закон Авогадро используются в физике и в химии?

Приведенная методика позволяет при обобщении сконцентрировать материал изученной темы в крупные блоки (см. CJIC 4). Их четкая классификация и взаимосвязь способствуют осмыслению и более глубокому усвоению темы, выработке системного мышления и формированию информационной культуры учащихся.

Сделаем выводы из рассмотренного параграфа:

1. Изложение физического материала в соответствии с принципом системности знаний способствует эффективному формированию информационной культуры учащихся в процессе обучения физике. Системность знаний — это такое качество некоторой совокупности знаний, которое характеризует наличие в сознании учащегося структурных связей, адекватных связям между знаниями внутри научной теории.

2. Важным дидактическим условием приобретения учащимися системных знаний по физике в процессе формирования информационной культуры является единство требований, предъявляемых к деятельности учителя и учащихся.

3. Выявлено соответствие между этапами теоретического обобщения: накопление и анализ фактов и их связей абстрагирование —> выводы и следствия из главной закономерности —> применение полученных знаний, — и этапами цикла обучения законченному фрагменту физического содержания: факты —¦> модель —> следствие —> эксперимент.

4. Уровень теоретического обобщения в различных разделах курса не равноценен. Тем не менее представляется возможным структурировать содержание всех разделов в соответствии с поэтапным теоретическим о обобщением, присущим процессу физического познания (см. пример обобщенной схемы изложения разделов «Молекулярная физика» и «Термодинамика»).

5. Структурно-логические схемы описания теории и ее составных элементов наиболее эффективны на занятиях по обобщению и систематизации знаний, которые, как правило, завершают изучение разделов или крупных тем курса.

Формирование информационной культуры не будет эффективном, если для этой цели использовать только специфические приемы изложения учебного материала по физике. Чтобы процесс ее формирования был всесторонним, необходимо дополнительно рассмотреть средства формирования основных элементов информационной культуры.

Средства формирования информационной культуры учащихся в процессе обучения физике.

В ходе сопоставления знаний и умений, образующих информационную культуру учащихся, с необходимым минимумом содержания физического образования в основной школе было выявлено их значительное совпадение. Обязательными для формирования на уроках физики являются знания и умения, составляющие культуру наблюдения и эксперимента, культуру общения, физический блок знаний и умений культуры мышления, и общие знания, относящиеся к информативной культуре.

Формирование информационной культуры учащихся, как и любая другая деятельность, нуждается в соответствующих средствах. Под средствами формирования будем понимать все объекты, которые служат источниками учебной физической информации и выступают при этом в качестве инструментов формирования информационной культуры. В данном параграфе мы рассмотрим средства формирования всех элементов информационной культуры учащихся в процессе обучения физике и организационный аспект этой проблемы.

Первым элементом информационной культуры, подлежащим формированию при изучении физики и относящимся к ее важнейшим целям, является наблюдение. Главными задачами деятельности наблюдения являются, во-первых, умение выявлять в наблюдаемом явлении существенное и важное в ходе правильно организованного анализа наблюдаемого, и, во-вторых!, умение объяснять наблюдаемое явление, его природу и сущность. Но не только анализ и объяснение, но и преобразовательная деятельность сознания — творческое отражение наблюдаемого — являются важнейшей человеческой особенностью деятельности наблюдения и основной тенденцией ее развития. Следовательно, необходимо научить учащихся не только анализировать и объяснять наблюдаемое явление, но и творчески подходить к увиденному.

Деятельность наблюдения при изучении физики особенно важна, так как именно наблюдение является одним из основных методов научного и учебного познания в физике. Это умение не приходит само собой. Ему надо обучать. В деятельности наблюдения можно выделять два этапа. Первыйподготовительный, включающий уяснение цели наблюдения и сшособов наблюдения. Второй — сам процесс наблюдения. Правильно организованное наблюдение предполагает выделение главного, существенного в наблюдаемом явлении, его характерных признаков, установление связей наблюдаемого явления с другими известными явлениями, выявление закономерностей в изучаемом явлении, познание его природы. Всему этому следует специально обучать учеников и при демонстрации опытов учителем, и при выполнении учащимися самостоятельных экспериментальных работ.

Обычно наблюдение осуществляют с помощью демонстрационных опытов и реже с помощью лабораторных опытов, выполняемых самими учащимися. Если явление знакомо им из жизненной практики, то его изучение можно начать с разбора примеров, а уже затем демонстрировать опыты или использовать другие средства наглядности.

Наблюдение — это не пассивный процесс созерцания явления: оно предполагает активную работу мысли, памяти, а иногда и воображения учащихся. Степень этой активности во многом зависит от организующей роли учителя. Для того чтобы при наблюдении физического явления направить мысль учеников в нужное русло, учитель может до или в ходе наблюдения поставить перед учащимися определенные задачи: например, подметить характерные особенности в демонстрируемом явлении и попытаться их объяснить или подумать, с какими известными физическими явлениями связано наблюдаемое явление, в чем выражается эта связь. Таким образом, уже в процессе наблюдения какого-либо явления происходит его осмысление, и делаются следующие шаги в познании этого явления.

Как правило, характерные особенности какого-либо явления обнаруживают в ходе его наблюдения. Учитель может и сам отметить эти особенности, но лучше, если это сделают учащиеся. Иногда для выявления таких особенностей бывает достаточно проделать только один опыт, например, при изучении кипения, но иногда этого бывает мало и приходится делать несколько опытов. Например, явление движения проводника с током в магнитном поле характеризуется зависимостью направления движения проводника от направления линий магнитной индукции и направления тока в проводнике. Для того чтобы обнаружить эти зависимости, нужно показать хотя бы три опыта.

Примером решения этой задачи может служить подробно описанное в работе Р. И Малафеева [155, с. 82−91] проблемное изучение физических законов. После ознакомления с явлением электромагнитной индукции учитель ставит перед учащимися следующую проблему: «Найдите общее условие возникновения этого явления», — и демонстрирует серию специально подобранных опытов. Наблюдая, анализируя и сравнивая их, ученики должны уловить то общее, существенное, что характерно для каждого опыта, отделив все его несущественные стороны. Это и есть активная, творческая переработка наблюдаемого.

Развитие деятельности наблюдения означает развитие таких качеств, как умение проводить логический анализ наблюдаемого, одновременно осуществлять синтез (выявлять связи данного явления с другими известными явлениями и закономерностями и на этой основе объяснять наблюдаемое явление), развитие умения творчески мыслить в ходе наблюдения. Ери этом необходимо, чтобы процессы анализа и синтеза шли параллельно, поскольку анализ предваряет объяснение, а объяснение не только опирается на анализ, но и помогает его углублению и дальнейшему стимулированию. Анализ и синтез выступают здесь в диалектическом единстве, взаимодополняя и сменяя друг друга. При этих условиях в максимальной мере обеспечиваются активность познавательной деятельности обучаемого в процессе наблюдения, его умственное и творческое развитие.

Следующим эмпирическим методом изучения природы является физический эксперимент. Главным отличием экспериментального' метода исследования от наблюдения является непосредственное участие человека в создании необходимых для протекания явления условий и в изменении физических параметров, между которыми необходимо установить взаимосвязи. Таким образом, в этом элементе информационной культуры наиболее эффективно можно развить у учащихся практические умения по работе с приборами и материалами эксперимента, а также физические знания, позволяющие оптимально использовать имеющиеся в наличии средства эксперимента.

В настоящее время самостоятельный эксперимент учащихся на уроках физики осуществляют в форме лабораторных работ, фронтальных опытов и физического практикума. Фронтальные лабораторные работы и опыты (или фронтальный эксперимент) составляют основу практической, экспериментальной подготовки при обучении физике.

Рассмотрим особенности экспериментальной деятельности в рамках процесса формирования информационной культуры учащихся на 'примере выполнения лабораторных работ. Выполнение лабораторных работ по инструкциям снижает степень самостоятельности учащихсяпри этом все ученики (и сильные, и слабые) находятся в одинаковых условиях, т. е. их индивидуальные особенности не учитываются. В большом затруднении обычно оказывается и учитель при оценке работ.

Главное в этой ситуации найти оптимальные способы управления познавательной деятельностью учащихся, которые обладают различным уровнем подготовки и развития. Они заключаются в следующем:

— предъявление дополнительных заданий к основному — общему для всего класса.

— использование серии заданий возрастающей сложности с правом выбора любого из них;

— умелая индивидуальная помощь, оказываемая учителем по ходу работы.

При этом работа учащихся сразу приобретает действительно самостоятельный творческий характер. Каждый ученик (и сильный, и слабый) работает в полную силу и выполняет максимальный объем работы в течение урока. При оценке работ учитывают в первую очередь степень самостоятельности ученика и объем выполненной им работы, а затем качество оформления отчета.

Особо отметим, что под самостоятельностью мы понимаем любое действие учащегося по получению необходимой для достижения целей обучения информации (это и обращение за методической помощью к соседу, и поиск ответов в учебнике, и т. д.). Несамостоятельным считается неумение определить цели поиска, то есть определить, что необходимо найти для решения очередной возникающей учебной задачи.

Разберем, что представляет собой фронтальный эксперимент. В наиболее общем виде он имеет следующие элементы: нахождение общей идеи решения экспериментальной проблемы, составление плана исследования, выполнение работы, обработку полученных результатов, формулировку вывода.

Учебный эксперимент, проводимый на уроке физики учителем или учащимися, надо организовать так, чтобы он выступал как метод получения новых знаний: эксперименту, как правило, предшествует гипотезаусловия эксперимента точно учитываютсяданные измерений обрабатываются с учетом погрешностей измерений (без оценки погрешностей измерений нельзя сделать выводов на основе эксперимента).

Какие требования предъявляются к учебному эксперименту с точки зрения формирования информационной культуры?

Использование экспериментального метода в обучении должно решать две задачи. Во-первых, эксперимент — объект живого созерцания, чувственного восприятия явлений. Он служит для учащихся источником представлений и основой формирования понятий, соответствующих суждений и умозаключений. Роль этого этапа в познании мира учащимися обусловлена тем, что без чувственного восприятия, без живого созерцания нет представленийбез представлений невозможно формирование мысли, невозможно решение задач обучения и, прежде всего, задачи формирования культуры мышления.

При обучении физике в основной школе необходимо сформировать понятие абсолютной и относительной погрешности измеренияпонятие класса точности измерительного приборапогрешности измерения, равной сумме двух погрешностей — погрешности измерительного прибора (инструментальная погрешность) и погрешности отсчета (равной половине цены деления шкалы прибора).

Эксперимент должен соответствовать принципу объективности: информация, получаемая в ходе эксперимента, не должна зависеть от особенностей процесса наблюдения. Эксперимент должен удовлетворять принципу соответствия представляемой эмпирической информации целям научного познания (образовательным и воспитательным целям урока). Для решения образовательных и воспитательных задач обучения физике важно соблюдение учителем принципа теоретической обоснованности эмпирического познания. Учащиеся должны четко усвоить, что цели и содержание эксперимента в науке и в обучении определяются теоретическими предпосылками.

Учителю, решающему задачу ознакомления учащихся с экспериментом как методом познания природы, мы рекомендуем следующий план реализации экспериментального метода:

1. Определить цель эксперимента.

2. Наметить вместе с учащимися план эксперимента.

3. Подобрать и обосновать выбор измерительных приборов.

4. Оценить абсолютную и относительную погрешность измерений.

5. Обсудить результаты измерения.

6. Сформулировать выводы.

После чувственного восприятия информации об окружающём мире следует процесс обработки информации в сознании учащегося, его мыслительная деятельность. Здесь необходимо остановиться на особенности подхода к этому вопросу в процессе формирования культуры мышления как части информационной культуры учащихся. Мышление учащихся в процессе обучения физике должно оперировать именно физическими фактами и понятиями, поэтому первой специфичной для методики физики частью культуры мышления являются физические знания и умения, перечисленные в физическом блоке.

Другим, не менее важным элементом культуры мышления является умение логически правильно оперировать имеющимися физическими знаниями: выделять существенные признаки понятии, сра внивать, анализировать, делать верные умозаключения и т. д. Для этого, как показали исследования ученых и практиков [42, 54, 199 и др.] вовсе не нужно изучать весь курс логики в рамках курса физики основной школы. Необходимо ознакомить учащихся с основными элементами логики, которые включены нами в логический блок культуры мышления.

Овладение основами логического мышления на уроках физики нельзя считать исчерпывающим фактором в формировании информационной культуры в силу требований, предъявляемых сегодня обществом к развитию творческих способностей учащихся. Поэтому в культуру мышления учащегося мы включили знания и умения из области продуктивного мышления, которые выражаются в форме девяти приемов продуктивного мышления, представляющих собой элементы творческой деятельности [23, 217].

Последние исследования вопросов формирования мышления учащихся [37, 38 и др.] показали, что необходимым его качеством является диалектичность. На наш взгляд на уроках будут заложены прочные основы для формирования указанного качества мышления, если дать учащимся представления об общих принципах диалектической логики.

Формирование культуры мышления предполагает формирование знаний и умений, условно разделенных нами на четыре блока: физический, логический, блок продуктивного мышления и блок диалектической логики. Развитие знаний и умений, входящих в физический блок, было подробно рассмотрено в первом и начале второго параграфа этой главы. Рассмотрим формирование знаний и умений, образующих три оставшихся блока.

Логическая культура не представляет врожденное качество личности. Она формируется в процессе познания, самостоятельного творческого мышления, при усвоении методов и приемов доказательного рассуждения. Исследования специалистов показывают [54, 218, 226 и др.], что изучение логики способствует становлению самосознания, интеллектуальному развитию личности, формированию научного мировоззрения. Овладение логическими знаниями и умелое их использование на практике помогают учащемуся разбираться в закономерностях и взаимосвязях физических явлений, вести аргументированную беседу, доказательно отстаивать свои суждения. Поэтому изучение элементов логики желательно предпослать изучению физической науки. А. Д. Гетманова считает, что «в идеале курс логики должен стать обязательным учебным предметом для всех средних учебных заведений» [54, с. 249].

Элементы логики в обучении физике должны способствовать решению следующих задач:

1. Дать четкие научные знания по основам современной формальной логики: а) формам мышления (понятиям, суждениям, умозаключениям) — б) законам (принципам) правильного мышления (закону тождества, закону непротиворечия, закону исключенного третьего, закону достаточного основания) — в) подробно (с уклоном в практическое применение физических знаний) показать многогранную роль аргументации, доказательства и опроверженияг) отразить применение логики научного познания (факт, гипотеза, теория, практическое применение).

2. Одной из актуальных задач в основной школе является связь изучения логики с эристикой (искусством спора) и риторикой (ораторским искусством). Для учащихся необходимо умение эффективно и корректно вести диалог, критически воспринимать аргументацию оппонентов, уметь находить свои нужные аргументы, культурно и логически грамотно опровергать ложные или недоказанные тезисы, встречающиеся в полемике, дискуссиях, диспутах и других формах диалога [198].

3. Научить учащихся иллюстрировать различные виды понятий, суждений, умозаключений новыми примерами, найденными в учебной, популярной литературе по физике.

4. Предложить учащимся оптимальное сочетание формальной логики и диалектической логики. научно.

Чтобы решить поставленные задачи, необходимо провести с учащимися комплекс занятйй по формальной логике согласно приведенному в таблице 5 примерному тематическому плану.

Логический блок 1. Основные формы мышления: понятие, суждение, умозаключение. 2. Основные принципы (законы) логически правильного мышления: исключенного третьего, непротиворечия, тождества, достаточного основания. 3. Общие черты правильного мышления: определенность, последовательность, доказательность. Физический блок 4. Физические факты: свойства веществ, явления, процессы, технические процессы, основные опыты. 5. Обобщения физических фактов: физические понятия, законы, теории, картины мира (в частности, источники электрического и магнитного полей, виды радиоактивных излучений). 6. Практическое применение физических знаний: постройка зданий, дорогсоздание устройств, приборов, механизмов, машин и т. д. (в частности, способы обнаружения электрического и магнитного полей). Логический блок 1. Представить структуру собственных знаний по физике в виде CJIC. 2. Составить CJIC изучаемой темы с выделением ее структуры (основные цонятия, законы и логические связи между ними). 3. Выделить общие свойства и различия в рассматриваемых объектах (явлениях). 4. Подвести объект (явление) под понятие. 5. Создать модель физического объекта (явления). 6. Вывести следствия из факта принадлежности объекта (явления) к данному понятию. 7. Определить причинно-следственные связи в наблюдаемом (описываемом) явлении. 8. Сделать выводы по результатам анализа наблюдений (описания). 9. Обосновать суждение. Физический блок 10. Описывать механическое движение по графику v (t). 11. Описывать изменения и преобразования энергии при анализе явлений и устройств.

12. Решать шаблонные задачи (вычислять значения физических величин).

13. Строить изображения точки в зеркале и в линзе.

14. Определять значение физической величины по графику.

15. Определять сопротивление резистора по графику I (U).

16. Определять период, частоту и амплитуду по графику колебаний.

17. Определять состав атомов и атомных ядер по массовому и зарядовому числу.

ПРОДУКТИВНОЕ МЫШЛЕНИЕ.

Знания.

Умения.

1. Совокупность ППМ (видение проблем в привычных условиях, перенос физических знаний, трансформация умений, структурирование, учет альтернатив, видение нетрадиционной функции объекта, выдвижение субъективно новой идеи, фантазирование, рефлексия).

2. Образцы применения ППМ в учебной физике, в науке и в практике.

3. Представление об общих принципах диалектической логики [253, с. 123]: 1) восхождение от абстрактного к конкретному- 2) единство логического и исторического.

1. Четко осознать цель своей деятельности.

2. Контролировать соответствие деятельности поставленной цели.

3. Контролировать скорость и последовательность этапов деятельности.

4. Сопоставить результат с целью. Выявить причины рассогласований.

5. Выявить нерациональные способы действий.,.

6. Оценить степень овладения новыми знаниями и умениями. Включить новые знания и умения в структуру уже существующих. (П.п. 2−6 — рефл ексия.) условиях.

7. Видеть проблемы в привычных:;

8. Переносить физические знания.

9. Трансформировать умения.

10. Структурировать ситуацию.

11. Учитывать альтернативы.

12. Видеть нетрадиционные объекта. функции.

13. Выдвигать субъективно новые идеи (выдвигать гипотезы).

14. Фантазировать.

В ряде исследований [121, 217 и др.] авторы выделяют репродуктивное и продуктивное мышление. Репродуктивное, то есть основанное на непосредственном воспроизведении уже знакомых человеку знаний и действий, и продуктивное, понимаемое, главным образом, как способность ориентироваться в нестандартных ситуациях, принимать неординарные решения и адекватно оценивать свои действия.

Основу репродуктивного типа мышления составляют принципы формальной логики. Для его развития учащиеся должны знать и применять основные формы и принципы логически правильного мышления, приведенные в таблице 2.

Систематическое обращение к указанным учебным элементам позволит сформировать такие качества мышления учащихся, как определенность последовательность и доказательность.

В основе продуктивного типа мышления лежат следующие 1приемы: видение проблем в привычных условияхперенос физических знанийтрансформация уменийструктурированиеучет альтернативвидение нетрадиционной функции объектавыдвижение субъективно новой идеифантазированиерефлексия.

Прием продуктивного мышления — это совокупность умственных действий, посредством которых субъект приобретает новые знания и умения при решении проблем. Приемы продуктивного мышления дают возможность найти идею решения задачи, алгоритм которой принципиально неизвестен.

Культура общения (таблица 3). Общение — это сложный многоплановый процесс установления и развития контактов между людьми, порождаемый потребностями совместной деятельности и включающий в себя обмен информацией, выработку единой стратегии взаимодействия, восприятие и понимание другого человека. Соответственно в общении различаются три стороны: коммуникативная, интерактивная и перцептивная.