Главная
страница 1страница 2 ... страница 4страница 5


На правах рукописи

СМИРНОВ Владимир Вячеславович

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ
ОБОБЩЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ


У СТУДЕНТОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО
НАПРАВЛЕНИЯ ПОДГОТОВКИ

13.00.02 — теория и методика обучения и воспитания

(физика)


АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Волгоград – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Астраханский государственный университет»
Научный консультант — доктор педагогических наук, профессор

Стефанова Галина Павловна,

(ФГБОУ ВПО «Астраханский

государственный университет»).
Официальные оппоненты: Сериков Владислав Владиславович,

засл. деятель науки РФ, чл.-кор. РАО,

доктор педагогических наук,

профессор ФГБОУ ВПО «Волгоградский

государственный социально-педагогический

университет», зав. кафедрой управления

педагогическими системами;
Исаев Дмитрий Аркадьевич,

доктор педагогических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Московский педагогический

государственный университет», декан

факультета физики и информационно-

коммуникационных технологий;



Агибова Ирина Марковна,

доктор педагогических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Ставропольский государст-

венный университет», декан физико-


математического факультета.

Ведущая организация — ФГБОУ ВПО «Уральский государственный

педагогический университет».
Защита состоится 23 мая 2012 г. в 12.00 час. на заседании диссертационного совета ДМ 212.027.04 в Волгоградском государственном социально-педагогическом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 27.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Волгоградского государственного социально-педагогического университета.
Автореферат разослан 18 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Т.М. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Необходимым условием формирования инновационной экономики России является модернизация системы образования, которая становится основой динамичного экономического роста, социального развития общества, фактором благополучия граждан и безопасности страны. Руководители Российской Федерации неоднократно подчеркивали, что стране нужны активные, конкурентоспособные специалисты — выпускники вузов, молодые ученые, способные самостоятельно осуществлять исследования поставленных проблем и получать практически значимые результаты. Создаются условия для реализации исследовательской деятельности талантливых молодых людей: организуются технопарки, бизнес-инкубаторы, инновационные центры, научно-технические выставки молодежных проектов (Сколково, Зворыкинский проект, программы «Селигер», «СТАРТ», «У.М.Н.И.К.» и мн. др.).

Вузы всегда были заинтересованы в подготовке выпускников, способных самостоятельно и активно действовать. Овладеть какой-либо деятельностью возможно, только многократно выполнив ее. Именно поэтому в учебные планы российских и зарубежных университетов включены формы занятий, позволяющие формировать у студентов исследовательские качества. К ним можно отнести различные виды лабораторных физических практикумов. Обучение студентов исследовательской деятельности на лабораторных занятиях является проблемой не сегодняшнего дня, она стояла и раньше. Не случайно, начиная с середины XVIII в., в университетах создаются учебные и научные лаборатории, «в которых студенты могли бы после лекций осуществлять экспериментальные физические исследования»1.

На необходимость организации занятий по исследованию изучаемых студентами физических явлений указывали такие выдающиеся физики, как
И.А. Иоффе, П.Л. Капица, Л.Д. Ландау, П.Л. Лебедев, Дж. К. Максвелл,
А.Г. Столетов, Н.А. Умов, Р. Фейнман и др. Они считали, что «изучать любое явление в природе (будь то падение тела, разряд в трубке, барометрическое давление) необходимо как экспериментальное физическое исследование, при проведении которого надо с самого начала обращать внимание на методику физических исследований»2. В связи с этим возникает потребность в разработке содержания лабораторных работ практикумов и методики их проведения.

В настоящее время существует большое число учебных пособий, содержащих описание лабораторных работ практикумов в различных российских и зарубежных университетах, изданных под редакцией таких известных авторов, как А.С. Ахматов, К.А. Барсуков, С. Герберт,


Е.М. Гершензон, Л.Л. Гольдин, В.И. Иверонова, В.И. Козлов, Н.Н. Малов,
А.Н. Мансуров, А. Портис, Г. Роуэл, Ю.И. Уханов и др.

Описания лабораторных работ, представленные в большинстве пособий российских авторов, составлены по единой структурной схеме: 1) название работы; 2) цель работы; 3) приборы и принадлежности; 4) теоретическое введение; 5) описание экспериментальной установки; 6) порядок выполнения работы;


7) измерение и обработка результатов; 8) вопросы и упражнения. Аналогичная структура описания лабораторных работ имеет место и в различных практикумах по электрорадиотехнике, физическим основам информационно-коммуникационных технологий и вычислительной технике, основам автоматики и вычислительной технике, специальных физических практикумах.

В московских инженерно-физическом и физико-техническом университетах (МИФИ и МФТИ) — вузах, где готовят физиков-исследователей, описание работ в практикумах имеет ту же структуру. Незначительное отличие состоит в том, что после описания установки следуют простые экспериментальные задания, выполнение которых, по мнению авторов, позволит студенту понять особенности исследуемого явления и измерительной аппаратуры, убедиться в ее исправности (Л.Л. Гольдин, Ф.Ф. Игошин,


С.М. Козел, В.В. Можаев, Э.А. Нерсесов, В.Д. Попов). Зарубежные практикумы не содержат подробного теоретического введения и инструкций по выполнению исследования.

Методика обучения студентов исследовательской деятельности сложилась и включает следующие этапы проведения занятий в различных лабораторных практикумах: получение допуска к выполнению работы по результатам изучения теоретического материала и описанию готовой экспериментальной установки; выполнение работы по жестко регламентированным указаниям; оформление отчета по работе и защита его у преподавателя для получения зачета. Письменный отчет установленной формы содержит предполагаемый результат измерений, и при допущении студентом не слишком большой погрешности работа считается выполненной и защищенной. Как правило, мотивом выполнения лабораторной работы служит получение зачета. Лабораторный практикум воспринимается студентами как не очень нужный, но предусмотренный учебными планами вид занятий.

В вузах, выпускающих физиков-исследователей, занятия практикума отличаются большей самостоятельностью студентов из-за отсутствия детального описания выполнения эксперимента и готового способа оценки погрешности полученного результата. Однако методика их проведения остается такой же, как и в других университетах.

Аналогично проходят занятия практикумов и в зарубежных вузах. При этом следует отметить, что лабораторные работы практикума по общей физике проводятся фронтально. Все студенты получают одинаковые задания, но каждый выполняет его самостоятельно на своей экспериментальной установке с различными исходными параметрами (университет Кларка, г. Вустер, США; университеты городов Зиген (Германия); Куопио (Финляндия); Кембридж (Великобритания); КНК- колледж, г. Гел (Бельгия).

Таким образом, анализ существующей методики проведения занятий лабораторных практикумов в различных университетах позволил сделать вывод о том, что не всегда эти занятия приводят к желаемому результату — полноценной подготовке студента к самостоятельному проведению экспериментальных исследований. Поиск путей совершенствования содержания лабораторных практикумов и методики их проведения стал предметом многочисленных диссертационных исследований. Сложилось несколько направлений решения этой проблемы.

Одно из них связано с изменением содержания практикумов. Авторы предлагают уйти от традиционной тематики лабораторных работ, относящихся к конкретным разделам курса физики (механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, оптика и др.) и представить практикум в виде системы экспериментальных или «проблемно-ориентированных» задач (В.И. Барчук, А.А. Лагутина, Л.В. Сухотина, И.И. Хинич и другие). Примером могут служить задачи на применение определенных методов исследования физических явлений — методы оптической, электронной и зондовой микроскопии. Предварительное знакомство студентов с ними предлагается осуществлять на так называемых «интегративных» лекциях (А.А. Лагутина). Другие задачи связаны с изучением физических свойств новых материалов и структур твердотельной электроники (И.И. Хинич). Третья группа учебных экспериментальных задач направлена на создание условий для усвоения студентами методологических знаний: структуры постановки физического эксперимента, способов логико-математической обработки эмпирических данных (В.И. Барчук, Л.В. Сухотина).

Следующее направление исследований связано с модернизацией практикумов путем внедрения в них новых приборов, устройств и современных методов исследования (К.А. Аржаных, М.В. Горшечников, В.В. Майер, Р.В. Майер, И.А. Осипова, А.А. Селиверстова, В.В. Сперантов, И.И. Хинич и др.).

В качестве отдельного направления можно выделить исследования, связанные с введением в практикумы информационных и коммуникационных технологий (ИКТ): исследование с помощью компьютера моделей объектов, физических явлений и процессов, использование в натурном эксперименте датчиковых систем, осуществление обработки экспериментальных данных (А.В. Говорков, В.В. Горин, О.Е. Данилов, Г.В. Ерофеева, К.А. Коханов, В.В. Ларионов, Ю.В. Федорова, Г.А. Шмелева и др.).

По результатам проведенного анализа можно сделать вывод о том, что большинство исследований направлено на разработку приборов, устройств, программных продуктов, различных экспериментальных задач, т. е. средств, с помощью которых можно обучать студентов исследовательской деятельности. При этом форма организации их работы в практикуме остается неизменной: изучение теоретического материала, готовой экспериментальной установки, выполнения рекомендованных действий.

Впервые изменить содержание и форму обучения будущих учителей физики в лабораторном практикуме предложила С.В. Анофрикова, включив в него формирование отдельных обобщенных действий по созданию экспериментальной установки для воспроизведения любого физического явления, планированию и проведению эксперимента. Обучение такой деятельности позволяет получить, по мнению автора, выпускника, способного действовать в быстро меняющихся условиях развития и обновления школьного физического эксперимента. Объясняется это формированием у обучаемых обобщенного метода выполнения экспериментальной деятельности, обладающего свойством широкого переноса и применимого для воспроизведения любых физических явлений в любых конкретных условиях.

Других исследований, связанных с формированием у студентов обобщенных видов деятельности в физических практикумах, ранее не проводилось.

Для того чтобы установить, позволяет ли сложившаяся система обучения студентов в практикумах сформировать у них способности к экспериментальной исследовательской деятельности, был проведен констатирующий эксперимент, в котором приняли участие 1100 студентов 1–3-х курсов физико-математического, педагогического направлений подготовки, технических специальностей различных вузов (классические, технические, педагогические университеты) городов Астрахани, Москвы, Волгограда, Ростова-на-Дону, Брянска. Студентам, завершившим выполнение физического практикума, было предложено выполнить самостоятельно определенные действия, входящие в содержание экспериментальной исследовательской деятельности: сформулировать цель эксперимента, выделить этапы экспериментального исследования, составить план, аргументировать подбор необходимых приборов и метода обработки результатов. Такие же задания получили студенты, выполнившие конкретную лабораторную работу физического практикума. Результаты эксперимента и наши многолетние наблюдения в процессе преподавания убедительно подтвердили, что студенты затрудняются в формулировании цели экспериментального исследования и конечного продукта экспериментальной деятельности, не осознают необходимости последовательного выполнения ее общих этапов. Они затрудняются в применении теоретических положений физики для оценки параметров экспериментальной установки, приборов, технических устройств; предлагают метод обработки результатов только по инструкции. В итоге многочисленные разнообразные лабораторные работы предстают перед студентами как самостоятельные, не связанные друг с другом типы экспериментальной деятельности, и в результате выполнения большого числа работ практикума студенты не приобретают умения ориентироваться в конкретной ситуации физического экспериментального исследования. Таким образом, при сложившейся системе обучения в практикумах невозможно подготовить студентов, в полной мере способных к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований.

Отсутствие целостной методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований — недостаточность разработки цели, содержания обобщенных методов проведения типовых экспериментальных исследований, организационных форм существующей профессиональной подготовки будущих специалистов — отражает ряд противоречий между:

— потребностью общества в специалистах, владеющих исследовательской деятельностью, и невозможностью в полной мере удовлетворить эту потребность при сложившейся системе подготовки, ориентированной на передачу знаний, а не на овладение способами деятельности в обобщенном виде;

— потенциалом экспериментальной физики, в которой существуют общие типовые цели экспериментальных исследований, и невозможностью его реализации в современных практикумах, содержащих множество конкретных лабораторных работ, цели которых не соответствуют конечным продуктам экспериментальной деятельности физиков;

— возможностью выявления обобщенного содержания методов экспериментальных исследований на основе анализа описаний экспериментальной деятельности выдающихся ученых и направленностью существующей подготовки на обучение студентов множеству частных приемов выполнения конкретных лабораторных работ;

— необходимостью организации физического практикума, направленного на формирование у студентов обобщенных методов самостоятельного проведения физических экспериментальных исследований, и отсутствием структуры, содержания, методики и дидактического обеспечения проведения такого практикума в вузе.

Существование названных противоречий обусловливает актуальность исследования, проблемой которого является разработка методической системы подготовки студентов к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований, что и определило выбор темы исследования: «Методическая система формирования обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов физико-математического направления подготовки».



Объектом исследования является процесс обучения студентов физико-математического направления подготовки проведению экспериментальных физических исследований.

Предметом исследования является методическая система формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

Цель исследования разработать и реализовать научные основы методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

Общая идея, положенная в основу исследования, состоит в возможности выявить типы экспериментальных исследовательских задач, решаемых физиками при выполнении конкретных исследований; разработать обобщенные методы их планирования и проведения и не только обучать студентов частным методам выполнения лабораторных работ в практикуме, но и формировать у них каждый обобщенный метод проведения физического экспериментального исследования выделенного типа как деятельность определенного содержания. Вследствие этого многообразие лабораторных работ можно систематизировать по определенным типам экспериментальных исследований.

Под обобщенным методом будем понимать последовательность логически взаимосвязанных обобщенных действий, выполнение которых приводит к достижению заданной цели. Обобщенное действие — результат обобщения конечных продуктов выполнения конкретной деятельности. Психологами установлено, что обобщенные методы обладают свойством широкого переноса: их можно использовать при решении большого круга задач не только в рамках одного предмета, но и на занятиях по другим дисциплинам, а также в практической деятельности.

В качестве теоретической основы исследования использованы следующие положения философии и психолого-педагогической теории деятельности:

— человеческая деятельность — это активность человека, направленная на создание определенного конечного продукта, достижение познавательной или социально значимой цели;

— цель только тогда побуждает человека к деятельности, когда она порождается его потребностью;

— сознательная цель, как закон, определяет способ и характер деятельности человека по ее достижению;

— в цели указывается образец конечного продукта, на создание которого направлена активность человека;

— деятельность человека по достижению сознательной цели осуществляется в три этапа. На первом — ориентировочном (проектировочном) — этапе человек разрабатывает программу преобразования объекта деятельности в конечный продукт с заданными свойствами, т. е. создает ориентировочную основу деятельности (ООД) по достижению цели. П.Я. Гальперин1 выделил три типа ООД и в соответствии с этим три типа учения. Третий тип учения является наиболее эффективным и характеризуется тем, что ориентиры предоставляются субъекту в обобщенном виде, характерном для целого класса явлений. В каждом случае ООД составляется обучающимся самостоятельно с помощью данного ему общего метода. Выработанная таким образом ООД является полной, и, соответственно, деятельность, формируемая по этому типу, отличается быстротой и безошибочностью, характеризуется широкой областью применимости. Это означает, что «присвоенные» человеком обобщенные методы выполнения какой-либо деятельности становятся стилем его мышления и обеспечивают независимость от конкретных условий. На втором — исполнительном — этапе человек, действуя с материальными объектами и средствами в соответствии с разработанной программой, создает конечный продукт. На третьем — контрольном — этапе человек, используя созданный конечный продукт сообразно заложенным в него свойствам, устанавливает, удовлетворяет ли он ту потребность, ради которой был создан.

Гипотезу исследования составило предположение о том, что подготовка студентов к исследовательской деятельности в практикуме по общей и экспериментальной физике возможна, если:

— выделить типовые познавательные задачи, вытекающие из сущности физического эксперимента и многократно решаемые физиками-экспериментаторами в процессе исследовательской деятельности;

— цели лабораторных работ физического практикума представить как типовые познавательные задачи, решаемые экспериментально;

— разработать методы решения этих задач в обобщенном виде и выделить опорные знания, необходимые для выполнения каждого действия метода;

— формирование обобщенных умений проведения физических экспериментальных исследований осуществлять в рамках целостной методической системы, включающей целевой, содержательный (разработка структуры учебного процесса, содержания занятий практикума, обеспечивающих формирование обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов, обучающихся на физико-математическом направлении подготовки) и процессуальный (методы, средства и организационные формы, адекватные целям) компоненты;

— изменить учебный процесс практикума таким образом, чтобы обобщенные методы решения выделенных типовых экспериментальных познавательных задач стали предметом специального усвоения студентов;

— разработать методику обучения студентов всем действиям, входящим в содержание обобщенных методов, и методам в целом;

— разработать необходимое дидактическое обеспечение учебного процесса.

В соответствии с целью и гипотезой были сформулированы задачи исследования:

1. Выявить состояние проблемы подготовки студентов к проведению физических экспериментальных исследований.

2. Выделить типы познавательных задач, многократно решаемых физиками в ходе конкретных экспериментальных исследований.

3. Разработать обобщенные методы решения выделенных типов задач.

4. Выделить опорные знания, необходимые для выполнения каждого действия метода.

5. Научно обосновать и разработать концепцию методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

6. Разработать модель методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

7. Разработать методику обучения студентов всем действиям, входящим в содержание обобщенных методов, и методам в целом.

8. Экспериментально проверить эффективность разработанной методической системы.

В качестве методологической основы исследования использовались:

— результаты психолого-педагогических исследований по теории деятельности (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.) и их приложения к содержанию и методике обучения исследовательской деятельности (С.В. Анофрикова,
И.А. Крутова, А.В. Усова, Т.Н. Шамало и др.);

— результаты методических исследований, построенных на основе психологической теории планомерного формирования обобщенных видов деятельности при обучении физике школьников и студентов (Е.Ю. Баркова, Н.И. Одинцова, Л.А. Прояненкова, Г.П. Стефанова, Т.А. Твердохлебова, С.А. Тишкова и др.);

— идеи целостного подхода к изучению педагогических систем (Ю.К. Бабановский, В. С. Ильин, В. В. Краевский, Н. К. Сергеев, В. В. Сериков, Ю. П. Сокольников, Н. Д. Хмель и др.);

— труды выдающихся ученых, в которых описаны содержание и результаты деятельности по экспериментальному исследованию физических явлений (А. Беккерель, Р. Бунзен, В. Гильберт, Р. Гук, X.Камерлинг-Оннес,


Ш. Кулон, П. Кюри, П.Н. Лебедев, Г. Ом, Б. Паскаль, В.К. Рентген,
М. Складовская-Кюри, А.Г. Столетов, М. Фарадей, Г.-Хр. Эрстед и др.).

Теоретическую основу исследования составили:

— система взглядов на содержание практикумов и организацию их проведения в различных российских и зарубежных университетах (А.С. Ахматов, К.А. Барсуков, С. Герберт, Е.М. Гершензон, Л.Л. Гольдин, В.И. Иверонова, В.И. Козлов, Н.Н. Малов, А.Н. Мансуров, Э.А. Нерсесов, В.Д. Попов, А. Портис, Г. Роуэлл, Ю.И. Уханов и др.);

— результаты диссертационных исследований по совершенствованию содержания лабораторных практикумов по физике и методике их проведения (К.А. Аржаных, В.И. Барчук, А.В. Говорков, В.В. Горин, М.В. Горшечников, О.Е. Данилов, Г.В. Ерофеева, К.А. Коханов, А.А. Лагутина, В.В. Ларионов, В.В. Майер, Р.В. Майер, И.А. Осипова, А.А. Селиверстова, В.В. Сперантов, Л.В. Сухотина, Ю.В. Федорова, И.И. Хинич, Г.А. Шмелева и др.);

— фундаментальные законы, модели, описывающие физические явления, процессы, и экспериментальные методы их исследования (В. Акоста, Э.Б. Бурсиан, Е.М.Гершензон, Г.А.Зисман, Н.Н.Малов, Д. Орир, И.В. Савельев, Д.В. Сивухин, А.В. Тимофеева, Т.И. Трофимова, Б.М. Яворский и др.).



следующая страница >>
Смотрите также:
Методическая система формирования обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов физико-математического направления подготовки 13. 00. 02 теория и методика обучения и воспитания (физика)
871.46kb.
5 стр.
Методическая система обучения логико-алгебраическим дисциплинам в высших учебных заведениях 13. 00. 02 Теория и методика обучения и воспитания (математика)
578.98kb.
3 стр.
Букваристика как саморазвивающаяся методическая система
630.99kb.
3 стр.
Преемственность методов обучения академическому рисунку в системе: школа вуз
299.17kb.
1 стр.
Рабочая программа для студентов направления подготовки 050100. 62 «Педагогическое образование»
513.75kb.
4 стр.
Теория и методика формирования техники и тактики передвижений спортсменов в соревновательном пространстве и технология совершенствования приемов в многолетней тренировке (на примере фехтования) 13. 00
605.7kb.
5 стр.
Методика развития комбинационных речевых умений студентов (английский язык, неязыковой вуз) 13. 00. 02 теория и методика обучения и воспитания
317.1kb.
1 стр.
М. П. Попова Теория и методика воспитания
1048.49kb.
9 стр.
Внеклассное мероприятие «Шаг в будущее»
29.12kb.
1 стр.
Методика соизучения языков и культур в основной школе в условиях мегаполиса
477.91kb.
4 стр.
Методика обучения научному дискурсу будущих магистров педагогического образования на основе диалогизации («языковое образование» иностранные языки) 13. 00. 02- теория и методика обучения и воспитания
359.78kb.
1 стр.
Рабочая программа для студентов направления подготовки 050100. 62 «Педагогическое образование»
1540.36kb.
12 стр.