Интегративная технология обучения физике учащихся средней общеобразовательной школы

Актуальность и значимость темы данного исследования обусловлены главной задачей в современной теории обучения — развитие личности ученика, которое предполагает развитие интереса к познанию (когнитивной сферы индивида), творческого мышления (креативности), памяти и речи. Большие возможности для этого предоставляет процесс обучения в школе. Обучение — длительный и сложный процесс, складывающийся из отдельных уроков, в ходе которых учащиеся овладевают новыми знаниями, умениями, навыками. Урок оказался столь жизнеспособным, что и в наши дни остается основной формой организации учебного и воспитательного процесса. Чаще всего, учителя школ пользуются традиционным комбинированным типом урока, которым пытаются решить все дидактические задачи на протяжении одного и того же занятия. Это возможно лишь тогда, когда учебная тема представляет небольшую дидактическую единицу. В старших классах, в условиях ограниченного учебного времени и возрастающего объема фундаментальных знаний, применять комбинированный урок нецелесообразно. Н. М. Яковлев и A.M. Сохор [162] провели анализ эффективности комбинированного урока и установили, что на уроке действует жесткий регламент: от трех до пяти минут отводится на организационный момент и проверку домашних работ, 15−20 — на проверку знаний, умений и навыков, 15−20 минут на изложение нового материала, пять — семь минут — на закрепление и одну — две минуты отводится на домашнее задание. Текущая проверка знаний выливается в почти универсальную форму устного опроса. В основном, только в это время отрабатываются навыки активной, доказательной речи, мысль оформляется в слово, развивается языковая культура. Возможно ли осуществить это при использовании комбинированного урока? За учебную четверть каждый учащийся должен иметь хотя бы три оценки за устный ответ. В классе 28 учеников, отсюда следует, что на каждом уроке учитель должен спросить пять человек и на ответ каждого отвести всего лишь три минуты. За это время нельзя качественно опросить каждого учащегося, выяснить глубину знаний, развить речь.

Для изложения нового материала отводится 15−20 минут, которых недостаточно для объяснения сложных и трудных тем. Учитель спешит, сокращает, комкает объяснение и в результате часть материала дает учащимся на дом, для самостоятельного изучения. Чтобы ликвидировать данный недостаток, учителя, делят дидактическую единицу на малые порции, которые изучаются за несколько уроков. Это приводит к тому, что учащийся не способен осознать всю глубину, сущность изучаемой темы, не способен вариативно мыслить, использовать такие знания для решения задач продуктивного, а порой и репродуктивного характера.

На закрепление учебного материала отводится от пяти до семи минут. За это время, учащийся должен осмыслить и систематизировать полученные знания. Касаясь изученного вопроса в новых связях, по новым поводам и новыми способами, учащиеся закрепляют полученные знания, причем в расширенном виде и значительно глубже, осмысленнее. Все это невозможно осуществить на комбинированном уроке, т.к. за пять — семь минут учащиеся способны «закрепить» знания только простым повторением и воспроизведением первично усвоенного. Специализированные уроки позволяют ликвидировать названные недостатки, но применяя их с использованием традиционной методики, создаются новые проблемы. На практическом уроке, предлагаемые физические задачи рассчитаны только на анализ и их условия формулируются в готовом виде, тем самым у учащихся не формируются мыслительные действия синтеза, обобщения и вариативности мышления. Учащиеся приглашаются к доске по желанию и под наблюдением учителя решают задачи. Все учащиеся заняты работой: одни у классной доски, другие самостоятельно, на своих рабочих местах. В классе царит «рабочая атмосфера». Реально же, большая часть учащихся, с наименьшими энергетическими затратами мозга переписывает с доски готовые решения задач, не напрягаясь и не вникая в их суть. Только лишь те учащиеся, у которых выработана внутренняя мотивация, решают задачи самостоятельно. Теперь рассмотрим результативность традиционного практического урока. В. Ф. Шаталовым [154] был проведен эксперимент в девятом классе. За 45 минут урока учащиеся решили и записали в тетради три задачи средней сложности, при этом, учащимся об эксперименте не сообщалось. На следующем уроке была проведена контрольная работа, в которую включили те же задачи. Проверка показала, что 55−60% учащихся не справились с ними. Анализ результатов доказывает неэффективность традиционных практических уроков. На уроках изложения нового материала учитель использует монологический или диалогический методы. Монологический метод реализуется в форме рассказа, объяснения, лекции. Главным действующим лицом является учитель, который за короткое время может последовательно изложить большой объем нового материала и легко, свободно показать свое мастерство: знание предмета, эрудицию, артистичность и т. д. Этот метод прост в использовании (особенно в форме рассказа), поэтому широко применяется учителями школ. Существенными недостатками монологического метода является то, что в процессе изложения нового материала у учителя с учащимися нарушается обратная связь, совместная деятельность и дисциплина, для поддержания которой учитель может создать мотивацию познавательной деятельности у учащихся, применить авторитарный способ поддержания дисциплины или искусственно создать деятельность учащимся (чаще всего это написание конспекта), при этом тратится большое количество учебного времени. Из-за одновременного слушания учителя и ведения конспекта, в этом методе обучения заложено нарушение процесса активного познания учащихся: ослабляется внимание, восприятие, осмысливание и т. д. Диалогический метод представляет вопросно-ответную форму, которой организуется совместная деятельность преподавателя и учащихся, постоянно поддерживается прочная обратная связь между учащимися и преподавателем. Метод позволяет дисциплинировать учащихся, хотя и создает «рабочий шум». Учащиеся автоматически включаются в активную познавательную деятельность, при этом, у них повышается внимание, восприятие, осмысливание и процесс запоминания. Недостаток данного метода заключается в значительно большей затрате учебного времени по сравнению с монологическим методом при изложении одного и того же материала. Традиционные методы, как правило, обеспечивают учащихся системой знаний, но не достаточно развивают творческое мышление, речь, память, навыки самостоятельной деятельности. Все названные недостатки традиционной методики вызвали потребность к созданию новой технологии обучения физике. «Ныне от системы образования требуется поставлять творцов, людей смелой новаторской мысли, ломающих привычные границы возможного, изыскивающих новые пути и методы в науке, технике, экономике, управлении. Система образования призвана стать „фабрикой“ самобытных умов.» [23,с.288]. Для реализации этих возможностей многими известными дидактами в содружестве с психологами разрабатывались методы обучения, позволяющие превратить процесс усвоения знаний в процесс интеллектуального развития учащихся.

В работах Л. В. Занкова [45], В. В. Давыдова [38], Д. Б. Эльконина [158] по развивающему обучению предложены принципы существенного повышения теоретического уровня обучения, обучения на высоком уровне трудности и быстрого темпа изучения учебного материала, осознания школьниками процесса учения. Другое направление в исследовании путей совершенствования обучения в целях более эффективного развития учащихся было предложено Н. А. Менчинской [79], П. Я. Гальпериным [30, 31], З. И. Калмыковой [50], Д. Б. Богоявленской [20], Н. Ф. Талызиной [132, 133], Г. А. Вайзер [26], Д. Пойа [93] и.

JI.H. Ланда [64] в теории поэтапного формирования умственных действий, что позволяет найти способы целенаправленного формирования этих процессов и управления ими. В работах М. И. Махмутова [75, 76, 77], И. Я. Лернера [69], М. А. Матющкина [74] предложены проблемно-поисковые методы, позволяющие развить творческое мышление учащихсяП. М Эрдниевым и Б.П.Эрдни-евым [159, 160, 161] для развития мыслительной деятельности учащихся рекомендовано укрупнение дидактических единицВ.К. Дьяченко [43] предлагает метод коллективного обучения для формирования и развития мышления, памяти и речи учащихсяБ.С. Гершунским, Ю. А. Кустовым В.А. 63] рекомендовано преемственное преподавание курса физики, позволяющее формировать и развивать продуктивное мышление учащихся. В. А. Фабрикантом [140], В. Г. Разумовским [99], Г. П. Корневым [55, 56], B.C. Ледневым [65], Б. Ф. Башариным [12] предложен метод генерализации содержания физики и модульной технологии ее изученияВ.А. Бетевым [17], А. В. Усовой [134, 135, 136, 137], В.Н. Ми-хелькевичем [82] рекомендовано для интенсификации обучения применять содержательно-знаковую наглядность и т. д. Ценность данных исследований несомненна, но изменения в реалиях современной жизни требуют изменений и в методах обучения, в создании новых технологий, включающих современные достижения в области психологии, дидактики и техники. Существует несколько путей разработки современной технологии обучения:

1) создание инновационной технологии, в которой имеются новые идеи, элементы, концепции обучения, качественно изменяющие содержание форм, методов обучения и воспитания;

2) разработка комбинационной, интегративной технологии, в которой создается новое на основе комбинации и интеграции известного, варьирования элементов и связей между ними.

Именно созданию и реализации интегративной технологии посвящена данная работа. Актуальность научного исследования обусловлена необходимостью.

• создания интегративной технологии обучения физике, в которой используются и взаимно сочетаются как традиционные, так и инновационные методы обучения, способствующие в условиях все возрастающего объема фундаментальных знаний по физике (ее научного ядра) и ограниченного учебного времени, качественной подготовке учащихся;

• использования при выборе методов обучения современных достижений науки в области психологии, в частности, свойства функциональной асимметрии полушарий головного мозга;

• разработки методических приемов, способствующих «свертыванию» большого по объему информационного учебного материала и его ускоренного запоминания;

• использования элементов компьютерных технологий;

• более эффективного использования механизмов внутренней самоорганизации учащихся, доминирования процессов самообучения и самоконтроля, взаимного обучения и взаимного контроля учащихся, над традиционными процессами обучения и педагогического контроля.

Цель исследования. Разработка и реализация научно обоснованной интегра-тивной технологии обучения физике в общеобразовательной школе. Объектом исследования является процесс организации учебно-познавательной деятельности учащихся по освоению научных основ физики в современной школе, организуемой учителем через использование интегративной технологии обучения.

Предмет исследования — интегративная технология обучения физике, способствующая формированию глубоких, прочных знаний, умений и навыков их практического использования, развитию у учащихся мотивации познавательной деятельности, креативного мышления, памяти и речи.

Преподавание физики в общеобразовательной школе необходимо проводить на основе интеграции психологических и педагогических достижений. Это позволит осуществить оптимальный выбор методов и средств обучения, с учетом внутренней природы, реальных возможностей учащихся. Такая интеграция способствует развитию функциональной асимметрии полушарий головного мозга, интенсивному формированию мыслительных действий, непроизвольной памяти, речи и развитию креативности мышления. В этом заключается первое концептуальное положение.

Суть второго концептуального положения заключается в интеграции репродуктивных и продуктивных методов обучения, определяя при этом оптимальные, временные, объемные и структурные сочетания. Такая интеграция способствует включению большого количества перцептивных механизмов, что делает усвоение более активным. Важной составной частью данного концептуального положения является принцип развивающего обучения, сущность которого состоит в том, что «. учащийся из объекта педагогического воздействия превращается в субъект познавательной деятельности. Он ставится в такие условия, что сам ищет способы решения поставленных задач, сам стремится к получению знаний и умений. Учащийся не усваивает готовые сведения, а добывает, открывает, находит их. Особенность развивающего обучения заключается в том, что оно основано на формировании механизмов мышления, а не на эксплуатации памяти. Разработанные мыслительные механизмы позволяют учащемуся далее саморазвиваться, самообразовываться» [15]. Третье концептуальное положение состоит в оптимальной интеграции различных форм обучения: индивидуальной, коллективной и групповой, способствующей развитию мыслительных действий, непроизвольной памяти и речи учащихся, коммуникативного потенциала (способности к сотрудничеству, готовности к взаимодействию), рефлексивного потенциала (самооценке и самоанализу), креативного потенциала (развитию вариативности, гибкости, быстроты, самостоятельности мышления), психологического потенциала (активности, работоспособности).

В интегративной технологии реализуются следующие принципы обучения: целенаправленности, научности, доступности, систематичности и последовательности, наглядности, прочности, природосообразности, сжатия учебной информации, принцип развивающего обучения, преемственности, коллективного обучения, дифференциации и индивидуализации обучения, осознанности и действенности результатов обучения. Взаимно интегрируясь и дополняя друг друга, они составляют методологическую и организационно-методическую основу системно целостной интегративной технологии обучения.

Гипотеза исследования. Интегративная технология обучения физике может явиться эффективным средством формирования прочных знаний, умений, навыков, развития креативности мышления, памяти и речи учащихся, если.

• провести оптимизацию методов обучения с учетом их эффективности и природосообразности;

• структурно сочетать традиционные и интенсивные методы обучения в их определенных объемных и временных соотношениях;

• использовать достижения в области психологии;

• применять элементы компьютерных технологий на всех этапах обучения. Исходя из цели исследования и сформулированной выше гипотезы, в работе ставятся следующие задачи:

• проанализировать современное состояние проблемы в отечественной и зарубежной педагогике, выявить перспективы разработки и использования интегративной технологии обучения;

• сформировать теоретические основы интегративной технологии обучения физике;

• осуществить научный отбор методов обучения, исходя из условий природосообразности и эффективности, определить их оптимальные структурные, объемные и временные сочетания;

• разработать, внедрить и провести проверку эффективности использования интегративной технологии в учебном процессе, средней общеобразовательной школы.

Теоретико-методологические основы исследования составляют:

• диалектический метод познания процессов действительности;

• разработанные в педагогике основы обучения и воспитания учащихся;

• методология науки физики;

• основы и практические обобщения соответствующих разделов психологии. Для решения поставленных в работе задач использовались следующие методы исследования:

• изучение и анализ философской и психолого-педагогической литературы с целью обоснования актуальности и определения методологической основы разрешения исследуемой проблемы;

• изучение состояния исследуемой проблемы в практике обучения физике в школе;

• метод анкетирования, тестирования учащихся;

• педагогический эксперимент по выявлению эффективности предложенной технологии;

• методы математической статистики.

В основу исследования вошли достижения современной теории обучения В. В. Давыдова [38], Л. В. Занкова [45], И. Я. Лернера [69], М. Н. Скаткина [123,124, 125], М. И. Махмутова [75, 76, 77], В. В. Гузеева [36], В. К. Дьяченко [43], П. М. Эрдниева, Б. П. Эрдниева [159, 160, 161], а также методологические основы и методики преподавания физики В. А. Бетева [17], Ю. И. Дика [40], Н. М. Зверевой Г. П. Корнева [55,56], Ю: А. Кустова [63], В. А. Кондакова [54], В.В. Мултанов-ского [84], В. Н. Михелькевича [82].

Разработанная интегративная технология опиралась на психологические исследования Р. Сперри, И. Хамори, Б. Ливер, Н. Н. Брагиной, Т. А. Доброхотовой [23], М. В. Кларина [53].

Опытной и экспериментальной базой исследования явились среднеобразова-тельные школы г. Самары № 91, 29, 43, школа 77 г. Тольятти, факультет довузовской подготовки Самарского государственного технического университета. Логика и этапы исследования.—Исследование велось в течение семи лет и состояло из трех этапов.

Первый (1992 — 1993) ориентировочно-поисковый этап.

Изучалось состояние проблемы в существующей теории и практике, проводились констатирующие эксперименты, накапливался опытный материал для развертывания последующей исследовательской работы. На первом этапе были выявлены основные недостатки в учебном процессе по физике, определены цели и задачи исследования, сформулирована гипотеза. На данном этапе изучалась педагогическая и психологическая литература, теория планирования и обработки результатов педагогического эксперимента.

Второй этап (1994;1995) — теоретико-проектировочный: разрабатывалась интег-ративная технология обучения физике, проводилась ее апробация и контрольные срезы обучения, велась публикация текущих результатов исследования. Третий (1996;1998) — экспериментально-обобщающий этап: проводился контрольно-обучающий эксперимент по проверке эффективности влияния разработанной интегративной технологии обучения физике на повышение академической активности, качество обучения, развитие творческого мышления, памяти, речи учащихся. Осуществлялось внедрение положительных результатов исследования в педагогическую практику, оформление диссертационного исследования.

Научная новизна исследования заключается.

• в разработке интегративной технологии обучения физике, способствующей активизации учебно-познавательной деятельности, формированию прочных, качественных знаний, умений, навыков и развитию творческого мышления учащихся, которая базируется на оптимальных структурных, объемных и временных сочетаниях ряда эффективных методов обучения и опирается на объективные закономерности в области психологии;

• в создании сверхсимволов и методики их применения на уроках-лекциях и практических занятиях, при формировании умений и навыков учащихся;

• в разработке бригадно-циклического метода и создании новой модификации метода динамических пар, позволяющих закреплять теоретические знания, интенсивно развивать мышление, память и речь учащихся на уроках физикив модификации алгоритмического метода обучения, разработке конструкта алгоритма-описания и алгоритма-распознавания, позволяющих поэтапному формированию у учащихся операций мышления;

• в разработке новой версии рейтингового контроля знаний, умений и навыков и создании универсальной программы диагностики и контроля знаний, умений, навыков учащихся на ЭВМ.

Практическая значимость исследования состоит в разработке и практической реализации интегративной технологии обучения физике, комплекса учебно-методических пособий, пакетов прикладных обучающих и контролирующих тестов и авторских компьютерных программ, в создании дидактического банка сверхсимволов, в разработке структуры и организации проведения урока методом динамических пар, во внедрение в практику школьного обучения результатов исследования, в положительном влиянии разработанной технологии на активизацию учебно-познавательной деятельности учащихся, качество знаний по предмету, на развитие творческого мышления, памяти и речи. Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались устойчивой непротиворечивостью исходных методологических позиций и психолого-дидактических предпосылокведением педагогических исследований в единстве с практической деятельностью и ориентированной на неедлительностью и вариативностью методов опытно-экпериментальной работыоперативным внесением корректив в гипотезу и организацию проведения педагогических исследованийприменением методов математической статистики при обработке данных эксперимента.

Апробация результатов исследования осуществлялась в школах 91, 29, 43 г. Самары, школы 77 г. Тольятти. Теоретические выводы работы излагались на семинарах в СИГЖРО, посредством их публикаций в печати и выступлений с докладами:

• на 2-ой Международной научно-практической конференции «Педагогический процесс как культурная деятельность СИГЖРО» (г. Самара, 1999).

• на 1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Психодидактика высшего и среднего образования» (г. Барнаул, 1996).

• на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Психодидактика высшего и среднего образования» (г. Барнаул, 1998).

• на Российской конференции «Интегративно-гуманитарный подход в непрерывном экологическом образовании» (г. Тольятти, 1995);

• на Республиканской научно-практической конференции «Содержательно-знаковая наглядность в системе научения физике» (г. Самара, 1997);

• на ежегодных внутривузовских научно-методических конференциях СамГТУ (1995;1998);

• на межвузовской научно-методической конференции «Формы и методы организации учебного процесса в современных условиях» (г. Сызрань, 1996);

• на межвузовской конференции «Компьютерные технологии обучения: концепции, опыт, проблемы» (г. Самара, 1997);

• на межвузовской конференции «Развитие и совершенствование учебного процесса на основе опыта подготовки специалистов для аэрокосмической отрасли» (г. Самара, 1997);

На защиту выносятся.

• Концептуальные основы интегративной технологии обучения физике в общеобразовательной школе.

• Разработанные и модифицированные инновационные методы обучения, являющиеся элементами интегративной технологии обучения физике бригад-но-циклический метод, применяемый на практических уроках и позволяющий развивать память и речь учащихся, алгоритмические методы, поэтапно формирующие операции мышления, матричный метод, сверхсимволы и методика их применения на уроках-лекциях и практических занятиях при формировании умений и навыков учащихся, метод динамических пар, позволяющий интенсивно развивать мышление, память и речь учащихся на практических уроках физики, новая версия рейтинговой системы контроля знаний, умений и навыков учащихся.

Выводы по третьей главе.

1. Проведенный педагогический эксперимент путем сравнения результатов?" обучения в экспериментальных и контрольных классах с использованием медианного критерия, х2 (хи-квадрат) и критерия Макномары показал, что учащиеся экспериментальных выборок имеют более высокий уровень успеваемости, чем учащиеся в контрольных классах. Прирост знаний, умений.

S' и навыков в экспериментальных классах за время эксперимента составил Пэ = 0,7 балла, тогда как для контрольных классов за, то же время Пк= 0,07 балла. Разность прироста составила: П = ПэПк= 0,7 — 0,07 = 0,63 балла.

2. В результате проведенной экспериментальной проверки гипотезы о положительном влиянии интегративной технологии обучения физике на умственное развитие учащихся общеобразовательных школ с помощью теста ШТУРа и проверки статистических гипотез с помощью критерия Макномары установлено, что учащиеся после эксперимента имеют значительно выше уровень умственного развития, чем до эксперимента.

3. Лонгитюдный мониторинг успеваемости по физике учащихся 7 — 11 классов, что при введении в учебный процесс экспериментальных факторовуспеваемость растет. Прирост среднеарифметического балла составил 0,63.

4. Проведенный анализ лекционной деятельности учителя методом количественной оценки лекций показал, что при введении в учебный процесс экспериментального фактора, вероятностное значение показателя эффективности S* составил 53%. Это доказывает преимущества уроков-лекций, проводимых интегративной технологией.

5. Для определения эффективности интегративной технологии обучения физике по показателям развития «физического мышления», памяти и речи учащихся, разработана методика оценки эффективности технологии, которая показала, что у учащихся экспериментальных классов показатель «физического мышления» увеличился в 1,5 раз, показатель памяти вырос в 1,9 раз, показатель устной речи — в 1,6 раз и показатель письменной речи — в 1,3 раза. Отсюда следует, что выполняется главная гипотеза о положительном влиянии инегративной технологии обучения физике на общую успеваемость и развитие учащихся экспериментальных групп.

Заключение

.

Основным итогом исследования можно считать постановку и решение актуальных на современном этапе развития образования теоретических и практических вопросов совершенствования процесса обучения физике в общеобразовательной школе.

1. Разработана и апробирована интегративная технология обучения физике учащихся общеобразовательной школы, способствующая активизации учебно-познавательной деятельности, формированию прочных, качественных знаний, умений, навыков и развитию творческого мышления учащихся.

2. Проведен выбор оптимального сочетания методов обучения и научно обоснован доминирующий метод обучения в конкретном учебном процессе. Для поэтапного формирования у учащихся мыслительных действий применены модернизированные диссертантом алгоритмические методы, матричный метод, метод динамических пар, проблемно-поисковые методы.

3. Разработаны способы диагностики и контроля знаний, умений, навыков, способствующих формированию у учащихся внутренней и внешней мотивации к различным видам учебной деятельности, развитию самои взаимооценки. Создана универсальная компьютерная программа диагностики и контроля знаний, умений, навыков.

4. Предложена методика развития памяти, речи, творческого мышления учащихся на уроках физики за счет организации группового и коллективного обучения учащихся.

5. Разработаны сверхсимволы, позволяющие ускорить процесс запоминания^ переработки и воспроизведения учебного материала, устанавливающие логические взаимосвязи между различными физическими параметрами. Создана методика применения сверхсимволов на уроках-лекциях и при формировании умений и навыков учащихся. ;

6. Проведенный педагогический эксперимент путем сравнения результатов обучения в экспериментальных и контрольных классах с использованием медианного критерия, (хи-квадрат), критерия Макнамары, тестов ШТУРа, лонгитюдного мониторинга показал, что учащиеся экспериментальных классов имеют более высокий уровень успеваемости и умственного развития, чем учащиеся в контрольных классах.

7. Разработана методика оценки эффективности интегративной технологии обучения физике по показателям развития физического мышления, памяти и речи учащихся. Установлено, что учащиеся экспериментальных классов имеют более высокие показатели, чем учащиеся контрольных классов.

8. Проведенный педагогический эксперимент доказал правильность выдвинутой гипотезы исследования, сущность которой заключается в том, что эффективное и природосообразное обучение физике, базирующееся на интеграции психологии и педагогики, традиционных и инновационных методов обучения, обеспечивает формирование прочных знаний, умений, навыков и развивает творческие способности учащихся. Это позволяет сделать предположение, что разработанная интегративная технология обучения физике учащихся общеобразовательной школы может служить основой для дальнейшего исследования проблемы развития личности учащихся в условиях постоянно изменяющихся реалий жизни: