Обучение школьников решению физических задач на основе деятельностного подхода

Модернизация общеобразовательной школы, которая в настоящее время становится профильной, ориентированной на развитие личности учащегося, требует пересмотра традиционных методов обучения, основанных на передаче знаний ученикам без учёта их индивидуальных запросов и особенностей. В условиях информатизации общества, стремительного развития науки и техники особое значение приобретают задачи формирования не только системы знаний, но и практических навыков и умений, определяющих ключевые компетенции, а также овладения действиями по их приобретению и применению.

В соответствии с «Концепцией модернизации российского образования на период до 2010 года» организация профильного обучения на старшей ступени школы должна способствовать успешному решению данных задач. Профильное обучение — система специализированной подготовки в старшем звене общеобразовательной школы, ориентированная на индивидуализацию учащихся, а также на кооперацию старшей ступени школы с учреждениями среднего и высшего профессиональною образования [137]. Основной целью профильного обучения является сощание условий для дифференциации и индивидуализации процесса обучения старшеклассников с широкими и гибкими возможностями построения школьниками индивидуальных образовательных траекторий.

В настоящее время перед учителем встала проблема организации занятий в профильном обучении, выбор соответствующих методик, позволяющих эффективно решать поставленные обществом перед школой задачи. В условиях введения нового образовательного стандарта приоритетным для школьного курса физики является овладение разными видами деятельности (познавательная, информационно-коммуникативная, рефлексивная), что соответствует требованиям, заключающимся в готовности испольюва1ь усвоенные знания, умения и способы деятельности для решения различных задач в реальной жизни, то есть владения ключевыми компетенциями.

Важной составляющей процесса обучения физике в общеобразовательной школе является решение задач. Однако опрос учителей физики — работников массовой, общеобразовательной школы, показывает, что на решение задач не отводится отдельных уроков. На уроках решаются, как правило, элементарные (в одно, два действия) задачи. Объясняется это, как правило, нехваткой времени. Хотя именно через решение задач достигается понимание физического материала, приобретаются глубокие и прочные знания, наиболее эффективно формируются умения по их практическому применению.

Предлагаемые в настоящее время выпускникам школ экзаменационные испытания требуют для их успешного прохождения умений практически применять полученные знания — качественно и быстро решать различные физические задачи. Однако большинство школьников в процессе обучения испытывают серьёзные трудности при решении физических задач (более 60%), считают этот вид деятельности скучным и трудным (60 — 70%), что отрицательно сказывается на качестве знаний учащихся и является одной из причин падения интереса к изучению физики в целом.

Изучение организации дополнительных занятий по решению задач в школе, на подготовительных курсах по подготовке к единому государственному экзамену (ЕГЭ) и централизованному тестированию (ЦТ), позволяет говорить об имеющей место практике решения как можно большего числа заданий прошлых лет самим учителем. При этом, как правило, деятельность большинства учеников сводится к запоминанию частных формул, ориентированных на решение типовых задач.

Этот способ не решает проблемы обучения школьников решению физических задач. Сравнительный анализ результатов тестирования по данным Третьего международного исследования (ТИМББ) в 1991 и 1995 году свидетельствует о значительном снижении уровня физического образования российских школьников, учащихся массовой, общеобразовательной школы [176]. Этот факт подтверждается тем, что российские школьники по результатам тестирования 1995 года по физике оказались в третьей группе стран, хотя по результатам тестирования 1991 года они находились в первой группе [160, с.91]. Отмечается, что наши школьники, достигнув больших успехов в области владения фактологическим материалом, успешно воспроизводят готовые знания. В ю же время они хуже владеют методологическими знаниями, информационными умениями, не умеют применять знания при решении практических задач.

Анализ результатов ЕГЭ (по итогам 2003 года, 2004 года) указывает на аналогичные недостатки в знаниях и умениях выпускников средней школы, среди которых: непонимание существа применяемых формулнеумение применять знания и умения в измененной и новой ситуацияхнеумение оценивать реальность полученных результатовнеспособность применять вычислительные умения. Подчёркивается, что одним из «узких» мест в обучении физике в школе является недостаточное внимание к формированию таких учебных умений как использование рисунков, графиков, таблиц, схем, диаграмм и т. д. [199].

Это подтверждается результатами экзамена выпускников школ г. Юрги Кемеровской области, задания, для которою составлены на основе заданий ЦТ и ЕГЭ. Из 181 участника пробного экзамена, в 2004;05 учебном году на «4» и «5» справились с работой лишь 39 учащихся (21,5%). Таким образом, в современных условиях особое значение приобретает такая организация процесса решения физических задач, которая при минимальных временных затратах позволяет формировать у учащихся самостоятельность в получении знаний и их успешном применении в практической деятельности при решении физических задач.

Анализ исследований в области теории учебной деятельности (Г.А. Атанов, Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, СЛ. Рубинштейн и др.), изучение разработок по методике решения физических задач (Б.С. Беликов, В. И. Богдан, В. А. Бондарь, С. Е. Каменецкий, В. П. Орехов и др.) и организации учебного процесса по обучению учеников их решению на практике позволяют сделать вывод о том, что достаточное внимание в исследованиях уделяется разработке конкретных методик решения задач, и не достаточно затрагивается рассмотрение более эффективного общего подхода к решению проблемы. В то время как применение деятельностного подхода к организации процесса решения физических задач способствует повышению активности учащихся, включению большинства их в учебную деятельность.

Анализ ситуации позволяет выявить противоречие: новые цели обучения физике, сформулированные для профильной школы, требуют не только усвоения знаний, развития умений применять мания в известных ситуациях, но и формирования умений самостоятельно применять знания на практике, самостоятельно конструировать учебную деятельность. Применение знаний, умений на практике при обучении физике осуществляется в процессе решения физических задач. Однако, организация данною процесса даже в профильных классах общеобразовательной школы, в которых содержание обучения требует нового наполнения, осуществляется пока традиционными способами, не отвечающими целям и задачам профильного физического образования.

В этом плане исследование по разработке методики решения физических задач на основе деятельностного подхода, отвечающей новым требованиям к содержанию и целям профильного обучения, является актуальной.

Проблема заключается в выявлении нового основания для построения методики решения физических задач, позволяющей разрешить противоречие между новыми задачами профильного физического образования и старыми способами организации важной составляющей процесса обучения физикерешения физических задач.

Объект исследования — процесс обучения физике в общеобразовательной школе в условиях профильною образования.

Предмет исследования — обучение учащихся профильных классов и групп, подготовительных курсов решению физических задач на основе деятельностного подхода.

Целью исследования является разработка методики решения физических задач на основе деятельностного подхода.

Гипотеза исследования: Если процесс обучения решению физических задач учащихся профильных классов и слушателей подготовительных курсов построить на основе деятельности^ о подхода, с привлечением их к самостоятельной разработке содержания деятельности по решению физических задач, это не только приведёт к повышению уровня усвоения физического материала, но и позволит сформировать умения, необходимые при решении задач по физике (информационные, вычислительные, объяснения физических явлений и процессов), а также положительным образом скажется на умении решать задачи разного уровня сложности.

Цель и гипотеза позволяют сформулировать задачи исследования:

1. Исследовать состояние проблемы обучения решению физических задач в теории и практике обучения физике.

2. Разработать методику решения физических задач, основанную на деятельностном подходе к обучению.

3. Проверить эффективность разработанной методики обучения учащихся решению физических задач.

Для решения задач исследования были использованы следующие методы: теоретический анализ литературы по проблеме исследованияанализ учебных программ, учебников, сборников задачизучение и обобщение передового педагогического опытаопрос и анкетирование школьных учителей физики и учащихся старших классовнаблюдение за ходом учебного процессаколичественная обработка и статистическая оценка достоверности полученных результатов.

Методологической основой исследования являются: работы в области теории учебной деятельности (Г.А. Агапов, JI.C. Выготский, П. Я. Гальперин, А. Н. Леонтьев, Е. И. Машбиц, С. Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина) — исследования, посвящённые различным аспектам формирования учебных умений, интеллектуальному развитию учащихся (М.Е. Бершадский, E.H. КабановаМиллер, A.M. Матюшкин, В. Г. Разумовский, М. А. Холодная, А. Ф. Эсаулов и др.) — труды отечественных учёных по проблемам организации и систематизации учебного знания (Л.Я. Зорина, A.B. Усова, А. Н. Крутский и др.) — работы, посвящённые обучению учащихся решению физических задач (Б.С. Беликов, В. И. Богдан, В. А. Бондарь, С. Е. Каменецкий, М. С. Красин, В. А. Кокин, И. Л. Касаткина, В. И. Одинцова, Ю. В. Тихомиров, и др.). Научная новизна.

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения деягельностного подхода к процессу обучения школьников решению физических задач.

2. Выявлены педагогические условия успешности обучения старшеклассников решению физических задач — самостоятельное выделение этапов в деятельности по решению физических задач и разработка содержания учебной деятельности на каждом этапе.

3. Обоснована и практически реализована индивидуализация обучения школьников решению физических задач на основе рефлексивного анализа деятельности по их решению, диагностики затруднений, что обеспечивает обратную связь с учащимися и направленную корректировку умений, необходимых для решения задач.

Теоретическая значимость.

1. Разработана и реализована методика обучения учащихся профильных классов решению физических задач на основе деятельностного подхода.

2. Определены условия, необходимые для реализации меюдики, основанной на деятельностном подходе при решении физических задач введение новых этапов в деятельность по решению задач: подготовительного, диагностического, коррекционного, рефлексивною.

3. Определено содержание деятельности учителя и учащихся на этапах подготовки к решению задач и непосредственно решения.

4. Разработаны виды задач и последовательность их предъявления, способствующая формированию умений, необходимых для решения задач (информационных, вычислительных, объяснения физических явлений и процессов).

Практическая значимость.

1. Разработаны методические рекомендации для учителей физики по эффективной организации процесса решения физических задач.

2. Разработаны учебные пособия для школьников по решению физических задач.

Опытно-экспериментальная база: средние школы № 2, № 14 г. Юрги, Искитимская средняя школа юргинского района, центр довузовской подготовки Юргинского технологического института Томскою политехнического университета. В эксперименте принимали участие 161 учащийся старших классов.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются методологией исследования, адекватной его целям, задачам и логике представленной работы, апробацией результатов исследования в школьной и вузовской практике, подтверждением теоретических выводов анализом эмпирических данных. На защиту выносятся:

1. Положение о возможности и целесообразности применения деятельностного подхода к процессу решения физических задач в профильной школе.

2. Методика обучения учащихся профильной школы решению физических задач, разработанная на основе деятельностно! о подхода к обучению.

3. Результаты педагогического эксперимента по оценки эффективности разработанной методики.

Апробация результаюв исследования. Основные результаты исследования были представлены на следующих конференциях: Международной научно-практической конференции «Образование. Карьера. Занятость» г. Новосибирск, 22 — 26 марта 2004годана Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: «Российские модели образования и их интеграция в мировое образовательное пространство: прошлое и настоящее» г. Юрга, 1 — 2 ноября 2006 юдана Всероссийских научно — практических конференциях: «Научно-методическое обеспечение образовательного процесса в условиях непрерывного обучения» г. Юрга, 2−3 ноября 2005 года, «Образование для новой России: опыт, проблемы, перспективы» г. Юрга, 22 апреля 2005 года, «Проблемы реализации личностного потенциала в современных условиях» г. Юрга, 2−4 ноября 2004 года, «Психодидактика высшего и среднею образования» г. Барнаул, 2−4 ноября 2004 года, «Сибирское образование на рубеже тысячелетий» г. Томск, 28 — 29 октября 2004 года, «Совершенствование качества образования: методология, теория, пракшка» г. Юр1а, 22 — 24 апреля 2003 юдана фестивале педагогических идей «Открытый урок» г. Москва 2006/2007 уч. год и ряде других общероссийских и региональных конференциях.

По теме диссертации опубликована 21 работа, среди них два учебных и одно методическое пособие. Перечень основных публикаций приведён в конце автореферата.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, литературы (227 наименований) и приложения. Содержит 26 таблиц, 12 схем и 60 рисунков, 8 диаграмм. Основной текст изложен на 169 страницах, приложение на 21 странице.

Выводы по главе 2.

1. Подготовка учащихся по физике на основе традиционного прорешивания как можно большего числа расчётных задач по определённой теме курса физики не даёт должного эффекта, поскольку не направлена на формирование умений, недостающих ученику. Можно выделить следующие, необходимые при решении физических задач умения: информационные, вычислительные, объяснения физических явлений и процессов. При формировании данных умений наиболее эффективной оказывается следующая последовательность предъявления физических задач: качественные задачи, графические и задачи-рисунки, задачи на анализ физической ситуации.

2. Обучение именно деятельности по решению физических задач, а не решению задач определённого типа по определённой теме, приводит к улучшению результатов учащихся. При этом для реализации методики деятельностного подхода при решении физических задач необходимо введение новых этапов в деятельность по решению задач — подготовительного, диагностического, коррекционного, рефлексивного. Структура деятельности по обучению учащихся решению физических задач строится поэтапно и содержит следующие этапы: 1) подготовительный- 2) разработки алгоритма для задач данного типа и их решение- 3) диагностики- 4) обучения несформированным действиям- 5) решения задач- 6) оценочно — рефлексивный.

3. Деятельность по решению задач осуществляется успешно при самостоятельной разработке учащимися под руководством учителя содержания деятельности на каждом этапе. Учащиеся самостоятельно выстраивают деятельность по решению физических задач на основе индивидуальных возможностей. Диагностика затруднений и обучение несформированным действиям, требуемым для решения задачи, позволяют осуществив индивидуализацию обучения.

Глава 3. Педагогический эксперимент и его результаты.

Педагогический эксперимент был организован нами как комплекс методов исследования, позволяющий обеспечить доказательную проверку правильности выдвинутой гипотезы. Опытно-экспериментальная работа была разбита на три этапа: поисково-теоретический, экспериментально-аналитический и контрольный.

В ходе первого этапа (2000 — 2003 г. г.) осуществлялось изучение научно-методической литературы по теме исследованияизучение реального состояния учебно-воспитательного процесса по физике. В ходе оценки знаний, умений и навыков учащихся, выявилась проблема в усвоении физического материала, проявляющаяся в недостаточном умении решать физические задачи. На основе изучения испытываемых учащимися трудностей при решении физических задач, анализа и обобщения передового опыта учителей, собственной педагогической деятельности была выявлена проблема — решение физических задач не рассматривается как деятельность. Далее была сформулирована первичная гипотеза, осуществлялась разработка методики, основанной на деятельностном подходе к процессу решения задач, способствующей формированию у учащихся умений решать физические задачи. На данном этапе эксперимента участвовало 19 учителей физики и более 400 учащихся старших классов города Юрги и Юргинского района. Работа осуществлялась в рамках договоров о совместной деятельности факультета довузовской подютовки Юргинского технологического института Томского политехническою университета.

На втором этапе (2003 — 2006 г. г.) выстраивалось экспериментальное обучение учащихся решению задач на основе деятельностного подхода. Цель экспериментального обучения — уточнение исходной гипотезы исследованияразработка и корректировка методики, способствующей формированию умений решать физические задачи. На этом этапе фиксировались данные о ходе эксперимента на основе анализа устных и письменных ответов учащихся, контрольных срезовизучалась динамика изменения учебных результатов школьников и их интереса к деятельности по решению физических задач.

На третьем этапе (2006 — 2007 г.г.) осуществлялись: 1) анализ полученных экспериментальных данных- 2) статистическая обработка результатов эксперимента- 3) формулировка выводов и рекомендаций. При обработке полученных результатов мы опирались на работы, описывающие применение статистических методов в педагогических исследованиях (Д.А. Новиков [128J, A.A. Шаповалов [214]).

В качестве экспериментальных и контрольных классов были выбраны технические классы (таблица 12). Во всех, кроме 11ь (школа № 2) и 111 (школа № 14) классов, нами вёлся элективный курс по решению физических задач. В 11ь (школа № 2) и II1 классах (школа № 14) школьными учителями были организованы дополнительные занятия по решению физических задач с использованием традиционной методики обучения. В ходе работы осуществлялся рабочий контакт со школьными учителями физики. Аудиторная' нагрузка в десятых и соответственно в одиннадцатых классах была одинаковой, с учётом дополнительных занятий. >

Оценка знаний, умений и навыков, учащихся на начальном этапе обучения производилась в несколько этапов. В ходе изучения кинематики были проведены физический диктантконтрольная работа, анкетирование.

Достаточно эффективным для оценки базовых знаний, простейших навыков и умений является проведение физического диктанта. Ниже на рисунке 20 приведены задания физического диктанта проведённого на начальном этапе обучения (примерное время выполнения 10−12 минут), а в таблице 13 результаты его написания учащимися. Ученики были предупреждены, что ответы должны быть полными и четкими. Правильный ответ оценивался одним баллом, в случае неполного ответа (например, только по пункту а) отнимается 0,5 балла.