CC BY
25
ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ
УДК 373.1.02:372.8
Е. А. Румбешта, В. 3. Мидуков, Э. Е. Еельфман
УЧЕБНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ КАК СОЧЕТАНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНОСТИ И ИННОВАЦИЙ В ОБРАЗОВАНИИ
Томский государственный педагогический университет
В настоящее время в российском образовании осуществляется интенсивный переход на новые рельсы развития, связанный с внедрением инновационных технологий. При переходе к инновационным технологиям существует опасность потерять те классические достижения, которые характерны для российского высшего и среднего образования. Кроме того, появляется ряд проблем, связанных с тем, что обучающие, контролирующие материалы, да и сами критерии усвоения материала разработаны на основе зна-ниевой парадигмы образования, которая являлась определяющей на протяжении последних десятилетий, в то время как в настоящий период главенствующее значение приобретает деятельностная парадигма образования. В деятельностной парадигме основными результатами образования на его разных уровнях становятся компетенции.
Выявление понимания смысла компетенции, определение наиболее значимых в физическом образовании компетенций, разработка способа оценки результатов образования на основе компетенций, формирование компетенций становятся теми проблемами, которые требуют обсуждения и решения. Кроме того, требует рассмотрения и обсуждения вопрос, как сочетать присущую российскому образованию фундаментальность, позволяющую формировать глубокие знания и заложенные в программе традиционные умения с введением в процесс обучения инновационных технологий.
В данной статье предлагается способ разрешения поставленных проблем на основе дополнения и обогащения традиционного исследовательского метода, достаточно часто применяемого в обучении физике, за счет управленческих механизмов, формирующих и оценивающих компетенции.
Если рассматривать фундаментальность с позиций знаниевой и деятельностной парадигмы, то, как пишет В. А. Тестов, с точки зрения классической дидактики фундаментальность образования характеризуется такими принципами, как научность, систематичность, последовательность. С точки зрения деятельностного подхода фундаментальность имеет те же структурные элементы, что и содержание образования: 1) опыт познавательной деятельности; 2) опыт осуществления известных способов деятельности;
3) опыт творческой деятельности, то есть умения принимать нестандартные решения; 4) опыт осуществления эмоционально-ценностных отношений [1]. Все составляющие деятельностного компонента образования реализуются при включении школьников в исследовательскую деятельность. Особенно эффективно это происходит в процессе обучения физике, так как физика является экспериментальной наукой. При обучении физике возможно не просто включение школьников в исследовательскую деятельность, но и организация обучения этому виду деятельности на элективных курсах по физике для учащихся физического профиля. Управление процессом обучения классическим экспериментальным умениям и формированием новых информационных, коммуникативных и исследовательских компетенций должно при этом осуществляться целенаправленно.
В проведенном нами исследовании показано, что наибольший эффект при обучении учащихся старших классов исследовательской деятельности в целом, а не отдельным умениям, входящим в ее состав, достигается во внеурочной деятельности на элективных курсах модульной структуры.
На курсах обучаются ученики 9 предпрофильных классов и 10 профильных классов физической направленности. Модульность обеспечивает последовательное, все более усложняющееся обучение школьников исследовательской деятельности.
Модуль 1 (9 класс). Как поставить физический опыт. Цель курса: развить и усилить познавательный интерес учеников к физике. Результаты — формирование умений: планировать опыт, выполнять опыт, делать выводы, оценивать результаты.
Модуль 2 (9 класс). Как ответить на познавательный физический вопрос. Цель курса: включить учеников в проектирование дополнительного изучения физических вопросов, показать способы ответа на вопросы. Результаты — формирование умений: ставить цель проекта, работать с различными источниками информации, анализировать результаты проекта, представлять результаты в виде сообщения, осуществлять рефлексию.
Модуль 3 (10 класс). Научные исследования в физике. Цель курса: сформировать представления о научном исследовании, выявить структуру исследо-
вания. Результаты — формирование умений: ставить цель исследования, выдвигать гипотезу исследования, планировать исследование, представлять результаты исследования.
Модуль 4 (10 класс). Как проводить исследование. Цель курса: применить на практике исследовательские умения. Результаты — дальнейшее формирование и применение на практике проектных, исследовательских умений и названных выше компетенций.
Модули 1 и 2 являются подготовительными для осуществления школьниками самостоятельного исследования. Модуль 3 позволяет ученикам представить себе роль научных исследований, их структуру. Модуль 4, являясь завершающим в системе формирования компетенций, разработан таким образом, чтобы организовать самостоятельную исследовательскую деятельность учащихся независимо от уровня их развития. Это обеспечивается не особым содержанием экспериментальных работ, хотя некоторые из них имеют выраженный творческий характер, а новым методическим обеспечением организации выполнения этих работ.
Примеры предлагаемых для выполнения учащимися исследовательских работ, соответствующих модулю 4, представлены ниже.
«Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом погружения тела в жидкость».
1. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом поднятия жидкости в тканевых капиллярах.
2. Изготовление волостного гигрометра и определение влажности воздуха.
3. Исследования условий возникновения индукционного тока.
4. Исследование условий намагничивания и размагничивания материалов.
5. Определение неизвестной электроемкости.
6. Выяснение зависимости электроемкости проводников от вида соединений.
7. Изучение зависимости силы Ампера от величины магнитного поля и силы тока.
8. Определение величины силы Ампера с помощью рычага.
Как сказано выше, выполнение предлагаемых авторами работ может быть организовано как традиционное по алгоритму, а может носить творческий характер. При этом возникает вопрос оценки появившихся у школьников новых умений и компетенций.
А. В. Леонтович отмечает трудность оценки качества образовательного результата при выполнении учащимися исследовательской деятельности и предлагает оценивать следующим образом. Во-первых, можно оценивать по формальным результатам, ученик проделал исследование и представил его результаты в виде доклада. Во-вторых, оценка может про-
изводиться по степени развитости субъектных качеств учащегося, которые получили развитие в процессе получения формального продукта [2].
Разработанный нами элективный курс «Основы исследовательской деятельности», организованный в школе № 49 г. Томска, позволяет формировать умения и навыки исследовательской деятельности, а также проектно-исследовательскую компетенцию учащихся [3]. Разноуровневые работы позволяют включать в исследовательскую деятельность всех учащихся, независимо от их способностей и степени сфор-мированности проектно-исследовательской компетенции. Управление формированием умений и навыков исследовательской деятельности осуществляется с помощью карт, которые составляют сами учащиеся, или на основе карт, которые предлагаются учителем. Эти же карты позволяют оценить результат развития ученика вследствие его включения в исследование на основе второго способа оценки, предложенного А. В. Леонтовичем.
Первый уровень работ предполагает самостоятельное исследование закона или явления. Учащиеся сами должны составить карту работы, в которой необходимо поставить цель работы, задачи исследования и выдвинуть гипотезу, привести необходимый теоретический материал, на основе которого выдвинута и обоснована гипотеза, привести собственный план исследования, схему установки, план эксперимента. После выполнения работы в карту помещаются результаты исследования с расчетом погрешностей измерений и дается оценка результатов. Таким образом, лабораторная работа первого уровня приобщает учащихся к самостоятельному, творческому поиску и способствует развитию научного мышления. После выполнения лабораторной работы первого уровня учителем предлагается ученику итоговая карта, с помощью которой проверяются исследовательские умения: как учащийся сформулировал цель работы, каким образом он подошел к постановке задач исследования, какую литературу он изучил для выдвижения гипотезы, как ее подтвердил. На основании карты организуется беседа с учеником.
Карты к работе «Исследование капиллярных свойств тканей».
1. Цель вашей работы?
2. Как звучит гипотеза, которую вы выдвинули, изучив теоретический материал?
3. Какие задачи вами были поставлены для достижения цели исследования?
4. Какую установку вы собрали для проведения эксперимента?
5. Подробно опишите самостоятельно составленный порядок работы. Объясните, зачем нужен был каждый пункт в ходе работы.
6. Какие результаты вы получили?
7. Подтвердили ли результаты эксперимента вашу гипотезу?
8. Какие новые знания, умения вы приобрели? Каким образом?
9. Отметьте те мыслительные операции, которыми вы воспользовались в процессе исследования.
10. Сделайте рефлексивный анализ своей деятельности.
По результатам выполненной работы можно адекватно судить о степени самостоятельности учащихся в исследовании. Можно сделать выводы о владении ими такими исследовательскими умениями, как видеть проблемы, выдвигать гипотезы, планировать и осуществлять научный поиск, разрабатывать идею, логику и программу исследования, выбирать нужный научный метод, правильно его применять, выполнять эксперимент, обрабатывать результаты и делать выводы и умозаключения, осуществлять рефлексию.
В ходе самостоятельного выполнения исследовательских лабораторных работ развиваются навыки работы с учебной и научной литературой, работы с лабораторным оборудованием.
Все эти элементы можно оценивать просто по наличию, а можно ввести балльную оценку степени сформированности умений и компетенций, исходя из сложности умения и важности компетенции.
В лабораторных работах второго уровня для учащихся разработан ход работы, подобрано оборудование, дан список рекомендуемой литературы. В ходе исследовательской лабораторной работы учащимся нужно совместно в паре определить цели, задачи исследования, изучив теоретический материал. На основе прочитанной литературы учащиеся должны выдвинуть гипотезу исследования, сравнив при этом предположения авторов учебника и свои идеи, касающиеся объяснения исследуемого явления или процесса. Эти действия отслеживаются и корректируются учителем. Сборка установки, выполнение эксперимента осуществляется учащимися по уже разработанному совместно с учителем плану.
После выполнения работы учащимся предлагается карта работы, по которой они смогут точно, полно представить результаты своей деятельности. В карте имеются вопросы, отвечая на которые ученик сможет мысленно восстановить весь ход работы в нужной последовательности. Кроме того, карта работы содержит вопросы по изученной теории, так как теоретические сведения применяются во время выполнения лабораторной работы и при оформлении результатов.
Итоговая карта для работы второго уровня мало отличается от карты работы первого уровня. Существенным отличием является то, что в ней, кроме вопросов, касающихся выполнения исследования, содержатся вопросы на прояснение понимания учеником теоретического материала. Например, в карте к работе «Исследование зависимости сопротивления проводника от температуры» содержатся такие вопросы: что представляет собой электрический ток в металлах, как зависит сопротивление металлического про-
водника от температуры и ряд других. Эти вопросы позволяют ученику присвоить те знания, которые он приобрел на основе изучения дополнительной литературы и на основании выполнения эксперимента, спланированного и выполненного с небольшой помощью учителя или соучеников.
Карта к работе «Исследование зависимости сопротивления проводника от температуры».
Как вы проводили исследование.
1. Как звучит гипотеза, которую высказывают авторы учебников? Вы принимаете эту гипотезу или формулируете свою?
2. Какова исследовательская задача, соответствующая сформулированной вами гипотезе?
3. Опишите подробно ход вашего исследования, способ фиксации результатов исследования.
4. Что представляет собой установка, на которой вы производили исследование?
5. Какие затруднения возникли у вас в ходе исследования?
6. Подтвердилась ли ваша гипотеза в результате исследования?
Как вы усвоили теоретический материал, какие новые знания вы получили в ходе работы.
1. Что такое электрический ток?
2. Что представляет собой электрический ток в металлах?
3. Дайте определение сопротивлению, удельному сопротивлению.
4. Запишите формулу для определения сопротивления.
5. Опишите свои действия при определении зависимости сопротивления проводника от температуры.
6. Как зависит сопротивление металлического проводника от температуры? Объясните, почему так происходит.
7. Что такое сверхпроводимость?
8. Что произойдет, если лампа достаточно долго работает в цепи?
9. Какой закон вы использовали для вычисления сопротивления проводника?
10. Какие результаты вы получили? Как вы их объясняете?
Сделайте рефлексивный анализ своей деятельности.
При выполнении исследований на основе работ первого и второго уровня у учащихся развивается мышление, основанное на умениях анализировать и находить в теории самое главное, существенное; сравнивать и обобщать полученные результаты эксперимента; систематизировать объекты, явления, процессы так, чтобы понять их суть; убедительно доказывать и отстаивать свою точку зрения. В парном исследовании и общении с учителем формируется коммуникативная компетенция.
Третий уровень выполнения работы можно назвать тренировочным. Вся работа выполняется по алгорит-
му с дальнейшим его воспроизведением. В руководстве по выполнению работы третьего уровня приведен теоретический материал, расписан ход работы, перечислено подобранное учителем необходимое для работы оборудование.
В итоговой карте работы третьего уровня учащимся нужно дополнить предложения, регламентирующие порядок работы, содержащие сведения теоретического характера и самостоятельно сделать вывод по лабораторной работе.
Выполнение такой лабораторной работы позволяет учащимся отработать навык выполнения практических работ и осуществить подготовку к переходу к самостоятельному исследованию. В процессе представления своей работы учащиеся развивают умения представлять информацию в различном виде, приобретают навык работы с лабораторным оборудованием. При воспроизведении алгоритма работы учащиеся запоминают схему выполнения практических заданий и в дальнейшем могут использовать данные алгоритмы с большей долей самостоятельности и постепенно перейти на второй уровень выполнения работ.
Пример итоговой карты работы третьего уровня приводится ниже.
«Измерение электрического заряда иона».
1. Цель работы — ...
2. Задачи исследования:
3. Измерить электрический заряд иона можно ...
4. Электролит — это.
5. Протекание электрического тока в электролите объясняется ...
6. Электролиз — это ...
7. Атомы меди при электролизе оседают на ...
8. Уравнения химических реакций при электролизе выглядят следующим образом:
9. Закон М. Фарадея:
10. Формула электрохимического эквивалента:
11. Для того, чтобы вывести формулу определения заряда электрона, нужно было использовать следующие формулы: ... и сделать следующие преобразования: ...
12. Установка для проведения эксперимента выглядела так: ... Зарисуйте электрическую схему своей установки.
13. Подробно опишите порядок работы. Объясните, зачем нужен был каждый пункт в ходе работы.
14. Какие величины вам нужно было найти экспериментально?
15. Результаты, которые вы получили:
16. Сделайте соответствующие выводы по своей работе.
Дифференцированный подход к организации исследовательской деятельности учащихся позволяет поддерживать интерес к исследованию у всех школьников, планомерно работать по продвижению учеников в присвоении умений — исследовательских, информационных, коммуникативных, рефлексивных.
В итоге исследования можно отметить, что из предложенных разноуровневых лабораторных работ почти все учащиеся выбрали работы второго уровня. Во время проведения эксперимента учащимся оказывалась консультационная помощь. Лабораторные работы, проводились учащимися в парах. Особых затруднений выполнение эксперимента у большинства учащихся не вызвало, так как им вовремя оказывалась консультационная помощь. После выполнения эксперимента в классе школьники на следующем занятии представляют содержание работы и собственной деятельности, подготовив ответы на разработанные для каждой лабораторной работы вопросы, содержащиеся в карте. Карта позволяет учащимся систематизировать знания по определенному разделу физики, закрепить умения и навыки выполнения исследовательских лабораторных работ и представить свое учебное исследование в хронологическом порядке. В ходе беседы школьники проговаривают, описывают свои действия, излагают теоретический материал, обосновывают ход лабораторной работы.
В процессе такой беседы можно выявить, насколько хорошо учащийся может применить знание теоретического материала на практике. Когда школьник проговаривает свои действия, он лучше понимает суть работы, ход деятельности. Кроме того, учителю становится ясным, насколько развиты у учащегося коммуникативные способности, информационная и исследовательская компетенции, логика суждений, умения рассуждать, сравнивать, делать выводы.
При подготовке к работе и во время проведения эксперимента у учащихся почти не возникло затруднений. Школьники уже хорошо знакомы с основными этапами проведения лабораторных работ, правилами их оформления, поэтому они хорошо выполнили ту часть работы, которую выполняли многократно: сборка оборудования, выполнение эксперимента, оформление результатов.
Затруднения возникли при представлении своих результатов в устной форме. Причины затруднений, возникших при устном представлении своей работы, можно объяснить тем, что практически все лабораторные работы, выполняемые учащимися в период обучения в школе, ограничиваются лишь письменным оформлением результатов, выводов. Для устранения таких затруднений для учеников разработана карта, позволяющая направленно формировать и затем оценивать информационную компетенцию.
Пример карты изучения теоретического материала.
1. Подобрать разные источники информации по одной теме.
2. Прочитать подобранные тексты. Сравнить содержание материала: найти сходные элементы, отметить, чем отличается материал разных учебников, определить уровень сложности материала, указать, есть ли выводы формул или законов в учебниках, есть ли дополнительный материал.
3. Составить краткий конспект по материалу одного учебника или используя материал из всех предложенных учебников.
4. Выписать вопросы, появившиеся при изучении теоретического материала. Найти консультанта для прояснения неясных вопросов.
5. По конспекту устно изложить содержание теоретического материала по исследуемому вопросу.
Предлагаемый способ организации разноуровневых исследований учащихся в рамках элективного курса для учащихся физического профиля позволяет разрешить часть проблем, которые были обозначены в начале статьи. Анализ результатов работы свидетельствует о правильности выбранного направления в раз-
работке новых методик, объединяющих достоинства проверенных многолетней практикой методов обучения физике и вводимых в физическое образование инновационных технологий. Управляющие элементы деятельностью учащихся, характерные для новых технологий, активизируют их деятельность, усиливают самостоятельность школьников в практике исследования и изучении теории, способствуют успешному формированию умений и компетенций, позволяют качественно оценить степень их сформированности. Дальнейшие разработки в этом направлении позволят производить количественную оценку степени сформированности компетенций, что актуально для развития современного физического образования.
Литература
1. Тестов В.А.. Фундаментальность образования: современные подходы // Педагогика. - 2006. - № 4. - С. 3-9.
2. Леонтович А.В. Концептуальные основания моделирования исследовательской деятельности [Текст] // Школьные технологии. - 2004. - № 5. - С. 67-75.
3. Альникова Т.В., Румбешта Е.А. Организация проектно-исследовательской деятельности при обучении физике // Вестник ТГПУ. Вып. 6 (57) Сер.: Естественные и точные науки. - Томск: Изд-во ТГПУ, 2006. - С. 172-174.
Поступила в редакцию 03.11.2006
УДК 373.1.02:372.8
Е. А. Румбешта, В. 3. Мидуков
ФОРМИРОВАНИЕ ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ КОМПЕТЕНЦИИ УЧАЩИХСЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ И ОЦЕНКА ЕЕ СФОРМИРОВАННОСТИ
Томский государственный педагогический университет
В условиях современного взгляда на образование наряду со знаниями и умениями все более значимым результатом обучения и развития становятся и признаются компетенции. Однако широкое введение компетенций затрудняется различной трактовкой их понимания, не устоявшейся классификацией, неопределенностью в выявлении компетенций, наиболее эффективно формируемых при изучении отдельных предметов, недостаточной разработанностью способов их формирования, отсутствием способа оценки сформированности той или иной компетенции. Решению данных проблем в процессе обучения физике посвящено исследование, результаты которого излагаются ниже.
В последнее десятилетие в России, особенно после публикации документов «Стратегия модернизации содержания общего образования» и «Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года», а также появления целого ряда работ, посвященных проблемам модернизации образования, происходит резкая переориентация в оценке результатов образования. Понятия — «подготовленность», «образованность», «общая культура», «воспитанность» ученика начинают заменяться понятиями — «компетенция», «компетентность». Появляется понятие «компетентностный подход». В нем отражен такой
вид содержания образования, который не сводится к знаниево-ориентировочному компоненту, а предполагает целостный опыт решения жизненных проблем, выполнения ключевых (т. е. относящихся ко многим социальным сферам) функций, социальных ролей, компетенций.
Компетентностный подход, по мнению его сторонников, выдвигает на первое место не информированность ученика, а умение разрешать проблемы, возникающие в следующих ситуациях: в познании и объяснении явлений действительности; при освоении современной техники и технологии; во взаимоотношениях людей, в этических нормах, при оценке собственных поступков; в практической жизни при выполнении социальных ролей гражданина, члена семьи, покупателя, клиента, зрителя; в правовых нормах и административных структурах, в потребительских и эстетических оценках; при выборе профессии и оценке своей готовности к обучению в профессиональном учебном заведении; при необходимости разрешать собственные проблемы: жизненного определения, выбора стиля и образа жизни, способов разрешения конфликтов.
В настоящее время отмечается тенденция введения компетентностного подхода не только в норма-
