Диссертация Исупова М.В.

   
 

 

На правах рукописи

 

 

Исупов Михаил Васильевич

 

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
КАЧЕСТВЕННЫХ ЗАДАЧ
ПРИ УГЛУБЛЕННОМ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИКИ

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (физика)

 

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

 

Киров – 2003

 


Работа выполнена в Вятском государственном гуманитарном университете

 

Научный руководитель

-

доктор педагогических наук,
профессор Сауров Юрий Аркадьевич

Официальные оппоненты:

-

доктор педагогических наук
Майер Роберт Валерьевич

кандидат физико-математических наук,
доцент Бакулин Владимир Николаевич

Ведущая организация

-

Нижегородский государственный педагогический университет

 

Защита состоится  “ 23  мая  2003 года  в  14  часов на заседании регионального диссертационного совета КМ 212.041.01 по присуждению ученой степени кандидата педагогических наук при Вятском государственном гуманитарном университете по адресу: 610002, г. Киров, ул. Ленина, д. 111, ауд. 202.

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВятГГУ по адресу: 610002, г. Киров, ул. Ленина, д. 111.

 

Автореферат разослан “  14  ”  апреля  2003 года.

 

Ученый секретарь
диссертационного совета                                              Коханов К. А.


Общая характеристика исследования

Актуальность исследования. В последнее десятилетие система школьного образования претерпела глубокие изменения. Произошел переход от безличностной педагогической парадигмы к личностно-ориентированной, сконцентрированной на интересах и потребностях ребенка, от унитарной и унифицированной – к многообразной и вариативной, от адаптивной – к развивающей, от “знаниевой” – к деятельностной. Повышение роли информации в жизни современного общества привело к возрастанию требований, предъявляемых к уровню образования выпускников средних школ. В современном обществе хорошее образование заключается не только в том, чтобы выпускник усвоил систему понятий и умозаключений, но и чтобы он овладел методологией научного поиска, стал способным к творческой деятельности и ответственности за свою работу. Ученик должен уметь правильно ориентироваться в происходящем вокруг, принимать квалифицированные решения, а для этого он должен научиться анализировать весь комплекс процессов и факторов, влияющих на их протекание, выдвигать и доказывать гипотезы, осмысливать реальные и потенциально возможные результаты собственных действий. Еще более высокие требования предъявляет современное общество к выпускникам инновационных образовательных учреждений с углубленным изучением отдельных предметов, ведь они должны составить в недалеком будущем научную, техническую и политическую элиту нашего общества.

Вместе с тем исследования качества знаний и умений учащихся средних школ подтверждают тот факт, что большинство из них усваивает программу по физике лишь на репродуктивном уровне. Такие исследования указывают на слабое понимание учащимися сущности изучаемых понятий, а, соответственно, неумение применять общие законы и принципы в конкретных ситуациях. Одной из причин этих недостатков современного образования, по нашему мнению, является дефицит времени, который связан в первую очередь с перегруженностью содержания школьного курса физики. По всей видимости, стремление к расширению информационного пространства курса ведет к поверхностному, необдуманному заучиванию и как результат к снижению качества знаний учащихся. Это усугубляется еще и тем, что в большинстве современных учебников физики до сих пор преобладает информационно-объяснительный подход, а изучаемый в школьном курсе физики материал слабо связан с повседневным опытом и познавательными интересами учащихся. Но противоположный процесс сокращения учебных программ, при поверхностном рассмотрении многих важных вопросов, также не допустим, особенно для лицеев и классов с углубленным изучением физики. Таким образом, возникает проблема: информационно-насыщенный курс физики необходим, однако традиционные методы обучения зачастую приводят к формальному освоению курса и не позволяют реализовывать весь потенциал физики как учебного предмета.

По нашему мнению, для решения данной проблемы необходимо широкое использование приемов учебной деятельности, усиливающих познавательную активность и способствующих развитию школьников при высоком уровне усвоения учебного материала. Одним из таких приемов является систематическое использование на различных этапах обучения качественных учебных задач. Ведь решение таких задач требует анализа физической сущности явления, построения гипотез и их обоснования, а соответственно способствует развитию логического и образного мышления. К тому же правильное решение школьниками качественных задач указывает на осознанность их знаний и отсутствие формализма. С нашей точки зрения, применение качественных задач позволит в значительной мере преодолеть проблемы, возникающие при изучении углубленного курса физики, например такие, как возрастание абстрактности научных понятий и рассуждений, повышение порога доступности, сильная формализация многих теорий с применением сложной математики, уменьшение значения и удельного веса вопросов, объясняющих нашу действительность, а также вопросов прикладного характера. Овладение методами решения качественных задач позволит учащимся творчески применить их к решению самых разнообразных задач и самостоятельно расширить сферу собственных знаний. Именно этот фактор способствует развитию интеллектуальной инициативы и творческой активности учащихся. Особенно важным является использование качественных задач в основной школе, где большая часть материала рассматривается на качественном уровне.

Качественные учебные физические задачи – явление для нас далеко не новое, они появились в русской методической литературе около 200 лет назад. Широко известны занимательные книги Я. И. Перельмана, сборники качественных задач М. Е. Тульчинского, творческие задания В. Г. Разумовского и Ф. И. Малафеева. Однако эти пособия созданы в 30-60-е гг. ХХ в., многие задачи при этом психологически и морально устарели и не отвечают духу нового времени. За это время значительно расширилось материально-информационное поле учащихся, многие неизвестные ранее приборы и объекты стали доступны для использования и непосредственного исследования в школе (наполненные гелием шары, лазеры, СD-диски, микроволновые печи и многое другое). Естественно, что и в последнее время появляются подобные сборники качественных задач, но в них не так много оригинальных задач, нет нового подхода, а наука до сих пор не выработала достаточно эффективной методики работы с качественными задачами. К тому же такие учебные пособия в основном рассчитаны для преподавания физики на базовом уровне и содержат мало задач повышенной сложности, а в связи с новыми процессами, затронувшими современную школу (компьютерное, экологическое, экономическое воспитание и т.п.), жизнь требует новых нестандартных задач как средств усвоения. Задачи должны быть личностно значимыми, увлекать учащихся, формировать интерес к окружающему нас миру, к жизни.

И не смотря на то, что методике решения физических задач посвящены специальные пособия и руководства, диссертационные исследования и многочисленные статьи в методических журналах, проблеме использования непосредственно качественных задач и методике их решения уделяется очень мало внимания (два диссертационных исследования М. Е. Тульчинского и Б. Мирзоева, и несколько методических пособий). Недостаточно разработаны и не нашли должного отражения в методической литературе вопросы о приемах постановки качественных задач, их подборе, системном использовании и рациональных методах решения. В то же время с появлением уровневой дифференциации, курсов по выбору, профильных школ и классов остро встал вопрос о методическом обеспечении и, в частности, о методике использования качественных задач при углубленном обучении физике. А для современных учителей, как и десятки лет назад, организация работы по решению качественных задач с учащимися является одним из наиболее трудных звеньев в преподавании физики. Современная практика показывает, что и у учащихся и у учителей при решении качественных задач возникает много затруднений. Тому существует несколько причин: отсутствие должного внимания к качественным задачам со стороны учителей, недооценка их роли и места в преподавании физики; упрощенные представления о самих качественных задачах (устные значит простые); отсутствие методик по их решению и использованию в учебном процессе; отсутствие хороших задачников и подробных образцов действий по решению качественных задач.

Отсутствие теории решения и использования качественных задач указывает, как на трудность этой проблемы, так и на недостаточное внимание к ней со стороны исследователей. Но в реальности качественные задачи – это важная часть современного физического образования, развития и воспитания личности. Таким образом, накопленный опыт работы с качественными физическими задачами на данном этапе развития методики преподавания физики требует теоретического осмысления и обобщения.


Объектом исследования является процесс использования качественных школьных учебных физических задач в школах и классах с углубленным изучением физики.

Предмет исследования – методика использования качественных школьных учебных физических задач при углубленном изучении физики в основной школе.

Цель исследования заключается в разработке эффективной системы использования качественных физических задач в процессе углубленного изучения физики.

Гипотеза исследования: повышение эффективности использования качественных учебных физических задач, в частности связанное с формированием следующих умений:

  • обосновывать свои догадки и предположения; выделять и анализировать задачную ситуацию;

  • находить причины физических явлений, строить модели физических объектов и явлений;

  • составлять физические вопросы и задачи, лучше решать типичные физические задачи,

  • может быть обеспечено отношением учителей к такого вида задачам, как к целостному методическому средству, и организацией системы работы со школьными учебными физическими задачами.

    Из цели и гипотезы вытекают следующие задачи исследования:

    1. изучить практику решения качественных задач в современной школе, в том числе при углубленном изучении физики;

    2. выделить и осмыслить проблему использования качественных задач в методике обучения физике; причину их непопулярности в современной школе;

    3. обосновать необходимость и целесообразность их систематического использования в процессе обучения;

    4. уточнить методику решения качественных задач;

    5. разработать теоретическую концепцию использования качественных задач при углубленном изучении физики в основной школе;

    6. разработать содержание и методику использования качественных задач на примере изучения темы «Тепловые явления»;

    7. методами педагогического эксперимента доказать эффективность предложенной методики работы с качественными задачами.

    Методология и теория исследования базируются на трудах, посвященных теории развивающего обучения (В. В. Давыдов); развитию творческих способностей учащихся в процессе обучения физике, в том числе усвоению методов научного познания (В. Г. Разумовский); развитию мышления и мировоззрения школьников (В. В. Мултановский, Ю. А. Сауров); проблемному обучению на уроках физики (Р. И. Малафеев, А. М. Матюшкин); формированию познавательной активности школьников (В. С. Данюшенков); применению задач в обучении (Г. А. Балл, Л. М. Фридман, А. Ф. Эсаулов); исследованию процессов решения задач (Л. Л. Гурова, И. И. Ильясов, Ю. Н. Кулюткин, А. В. Шевырев); обучению учащихся решению задач по физике (Г. П. Степанова, Н. Н. Тулькибаева, С. В. Анофрикова, В. Г. Петросян); работе с одаренными учащимися (А. В. Хуторской).

    Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

    теоретические: анализ психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования; системно-структурный подход к процессу решения и использования качественных задач в процессе обучения, теоретическое обобщение, абстрактно-логический анализ и синтез представлений при построении концепции и частной методики; проектирование методических материалов;

    экспериментальные: констатирующий и формирующий педагогический эксперимент; анкетирование, беседа, наблюдение за процессом обучения; личное преподавание; внедрение разработанной методики в практику обучения физике, праксиметрические (анализ результатов деятельности учащихся) и статистические методы обработки результатов педагогического эксперимента.

    Научная новизна настоящего исследования заключается в:

    1)        построении теоретической концепции использования качественных учебных физических задач, включающей:

    а) идею системного подхода к качественным физическим задачам, распространенную на определение задачи, ее структуру, подбор задач и их использование в учебном процессе;

    б) принципы построения системы учебных качественных задач и принципы их использования при углубленном изучении физики;

    в) модель деятельности при решении качественной задачи;

    2)     разработке методики использования качественных задач, выраженной:

    а) в создании сборника качественных задач для углубленного изучения физики в основной школе по теме «Строение вещества. Тепловые явления» и образцов решения качественных задач;

    б) в построении приемов и методов организации учебных занятий с опорой на систему качественных физических задач на примере изучения тепловых и электрических явлений (основная школа).

    Теоретическая значимость исследования заключается в создании теоретической концепции использования качественных задач при углубленном изучении физики в основной школе.

    Практическая значимость исследования состоит в том, что предложенная концепция использования качественных задач в процессе углубленного изучения физики доведена до конкретной методики изучения некоторых тем в основной школе: «Строение вещества», «Тепловые явления» и «Электрические явления». Разработанная методика воплощена в форму дидактических пособий для учащихся и моделей уроков для учителей.

    Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы обеспечивается всесторонним подходом к исследованию на основе согласованности методологических, дидактических  и психологических позиций; анализом и учетом состояния проблемы в современной практике обучения, причем как в массовой школе, так и в инновационных учебных заведениях; ведением педагогических исследований в единстве с практикой преподавания в Кировском физико-математическом лицее и ориентированной на нее; применением различных методов изучения педагогической реальности, в том числе статистических методов.

    Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в ходе личного преподавания по предложенной методике в Кировском физико-математическом лицее, в ходе внедрения методики в практику обучения средней школы №3 г. Кирово-Чепецка, средней школы № 51 г. Кирова и Кировского лицея естественных наук; в ходе подготовки и проведения лицейских и городских физических олимпиад, при подготовке учащихся лицея к областным, зональным и российским олимпиадам по физике.

    Основные практические результаты и теоретические выводы исследования докладывались и обсуждались на республиканской конференции «Модели и моделирование в методике обучения физике» (Киров, 2000), на региональной конференции «Факты и проблемы практики менеджмента» (Киров, 2001), на всероссийской научно-практической конференции «Опыт работы с одаренными детьми в современной России» (Москва, 2003), на всероссийской научно-практической конференции «Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения» (Глазов, 2003), на областном семинаре «Работа с одаренными детьми: опыт, проблемы, перспективы» (Киров, 2002), на курсах повышения квалификации в областном институте усовершенствования учителей, на заседаниях методического объединения учителей физики КФМЛ и кафедры дидактики физики Вятского ГГУ (1999, 2001, 2002).

    Результаты исследования представлены в 13 публикациях.

    На защиту выносятся следующие результаты исследования:

    1. Теоретическая концепция использования качественных задач в процессе углубленного изучения физики в основной школе.

    2. Методика использования качественных физических задач при изучении конкретных тем («Электрические явления», «Тепловые явления»), построенная с учетом предложенной концепции.

    3. Экспериментальное доказательство эффективности разработанной методики.

    В диссертации нашел отражение тринадцатилетний педагогический опыт ее автора, включающий в себя преподавание физики на очном и заочном отделениях Кировского физико-математического лицея, а также ведение факультативных занятий по подготовке учащихся к участию в физических олимпиадах разного уровня.


    Основное содержание диссертации

    Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 233 источника. Общий объем диссертации составляет 210 страниц; она содержит 6 рисунков, 2 схемы, 11 диаграмм, 16 таблиц.

    Во введении дается обоснование актуальности исследуемой проблемы; определяются цель, объект и предмет исследования; формулируется гипотеза и задачи исследования; раскрываются методы, научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования; приводятся основные положения, выносимые на защиту и сведения об апробации работы.

    В первой главе «Проблема использования учебных качественных задач в дидактике физики» содержится теоретическое исследование различных аспектов обозначенной проблемы, проведенное на основе изучения психологической, педагогической, методической литературы и реальной практики использования качественных учебных физических задач в средней школе в частности в школах и классах с углубленным изучением физики.

    В первом параграфе «Понятие о качественной задаче в методике обучения физике» рассматриваются особенности качественных задач и их отличия от количественных задач, дается определение. Качественной задачей мы называем такую задачу, решение которой осуществляется путем построения логической цепочки рассуждений и не требует обязательных математических выкладок и вычислений, а используемые вычисления, не образуют строгую и полную логическую систему формальных выводов. Все формульные преобразования и расчеты в таких задачах используются только для качественного анализа и количественной прикидки.

    Одновременно с классическим подходом к таким задачам для рассмотрения структуры качественной задачи как сложного объекта нами предлагается использовать системный подход. Таким образом, задача рассматривается как совокупность задачной и решающей подсистемы. При этом с точки зрения задачной подсистемы любую качественную задачу мы рассматриваем как совокупность данных и требований, которые вместе с возможными путями решения, ведущими от данных к цели, а также с информацией и правилами, которые накладывают ограничения на выбираемые модели, образуют “пространство качественной задачи”. Мы различаем понятия условие и текст задачи, а также вводим термины задачная ситуация и образ задачной ситуации, которые, по нашему мнению, лучше подчеркивают своеобразие как самих качественных задач, так и процесса их решения (неоднозначность решений, субъективность мыслительных процессов и т.д.).

    Рассмотрены различные подходы к классификации качественных задач. Для того чтобы классификация была полезна для поисков решений, нами предлагается выбрать в качестве основания для классификации характер рассматриваемой в задаче проблемы, однако подойти к ней не традиционным путем, а используя идею У. Рейтмана о “трехкомпонентной задаче”. Данный подход позволил нам выделить 7 основных видов качественных задач. А для более эффективного учета на практике творческого потенциала таких задач предлагаем за основу построенной системы качественных задач взять классификацию по степени определенности условия (явное или не явное указание на рассматриваемые физические объекты и явления).

    В диссертации впервые достаточно подробно проанализирован вопрос о сложности и трудности качественных физических задач. Учитывая, что сложность задачи раскрывается только в процессе ее решения, мы выделили три основных фактора сложности качественных задач: степень определенности условия, сложность идеализации, а также число и степень сложности используемых при решении логических операций. Факторы трудности задачи, по нашему мнению, можно также разделить на три большие группы, рассматривая: характеристики условия задачи; психологические особенности субъекта (решателя) и уровень его знаний; особенности организации процесса решения данной задачи.

    Второй параграф «Опыт и проблемы использования качественных задач при обучении физике» посвящен анализу реальной практики использования качественных задач, как в общеобразовательной школе, так и в школах с углубленным изучением физики. При сопоставлении реальных проблем практики использования качественных учебных физических задач с уровнем их учета и описания в теории и методике обучения физике нами обнаружены следующие недостатки и противоречия:

  • интерес учащихся к качественным задачам, их представления о качественных задачах, как об очень простых, и одновременное неумение решать такие задачи;

  • понимание учителями положительных особенностей качественных задач, но в то же время недооценка их дидактических функций, а как следствие редкое использование в учебном процессе;

  • в методике вопрос о решении качественных задач, особенно высокого уровня сложности практически не рассматривался, а отсутствие однозначных схем и алгоритмов решения качественных задач и многофакторность реальных явлений привели на практике к “боязни” их использования;

  • использование качественных задач понимается учителями и методистами очень узко и выражается только в их решении, методика (в частности периодические методические издания) мало внимания уделяет выработке новых приемов и форм использования качественных задач в учебном процессе, а как следствие последние применяются в основном при проведении внеклассных занятий по предмету;

  • при углубленном изучении физики учителя обычно отдают предпочтение расчетным задачам, умаляя роль качественных задач.

  • Проведенное нами исследование позволяет констатировать, что ситуация за последние десятилетия по сути не изменилась – обучение по-прежнему сводится к “натаскиванию” учащихся в решении типовых расчетных задач, а использованию качественных задач уделяется мало внимания. Таким образом, с точки зрения современных задач образования, очевиден вывод: качественные учебные физические задачи нуждаются в изучении, анализе и построении цельной теоретической концепции их использования в учебном процессе.

    В третьем параграфе рассмотрена «Проблема развития школьников при решении качественных учебных физических задач». В свое время Б. Мирзоев и М. Е. Тульчинский аргументировано доказали большую роль качественных задач и необходимость их использования на первой и второй ступенях обучения физике соответственно. Но как показали наши исследования, цели использования качественных задач в учебном процессе и их функции более разнообразны, чем были рассмотрены ранее. Это и побуждение к активной интеллектуальной деятельности, и формирование внутренней установки на учение, формирование учебных знаний и контроль неформальности их усвоения, а также развитие эмоционально-нравственной сферы, интеллекта и творческих способностей учащихся. Именно качественные задачи, не отвлекая необходимостью выполнения математических действий, позволяют концентрировать внимание на физической сущности явления. А так как качественные задачи не имеют жестких алгоритмов решения, их систематическое использование формирует способность к переносу приемов умственной деятельности в новые условия. Таким образом, использование качественных задач в учебном процессе обладает достаточным потенциалом для развития разнообразных способностей учащихся.

    Естественно, что решению качественных задач как методу обучения присущи все основные функции методов: мотивационно-побуждающая, обучающая, развивающая, воспитывающая, контролирующая и методологическая. Безусловно, что решение качественных задач в основной школе должно выступать не только как средство мотивации учащихся и получения ими новых знаний об окружающем мире, но и как средство развития школьников или точнее средство организации необходимых условий для развития их логического и творческого мышления. Таким образом, функции качественных задач достаточно разнообразны, но, по нашему мнению, не целесообразно рассматривать их по отдельности, полная реализация всех функций качественных задач возможна лишь в их единстве и взаимосвязи. Правильно организованное коллективное и групповое решение качественных задач учащимися может позволить сформировать целый комплекс личностных качеств, навыков и умений, которые рассмотрены в диссертации и условно разделены нами на четыре группы: когнитивные, логико-методологические, креативные и личностно-коммуникативные качества.

    Также рассмотрены условия формирования интеллекта и творческих способностей. Например, для формирования и развития креативности, по мнению многих специалистов, требуется специально организованная нерегламентированная среда с демократическими отношениями. А, с нашей точки зрения, коллективное и групповое решение качественных задач при условии отсутствия оценки действий ученика позволяет добиться такой непринужденной, творческой атмосферы и раскрепостить мышление учащихся.

    Выделены и особенности использования качественных задач для работы с одаренными детьми. В частности, наши исследования показали, что учащиеся, обучающиеся в лицеях и классах с углубленным изучением физики и математики, обладают достаточно высоким уровнем общего интеллекта ((IQ), и невербального интеллекта в частности. Таким образом, задача развития логического мышления при изучении углубленного курса физики не является основной. Но вместе с тем, зная логические приемы и умея выделять главное и второстепенное, устанавливать логические связи, сравнивать и т.п., учащиеся не могут полноценно использовать свои знания для решения любых учебных физических задач. Таким образом, получается, что для успешного решения качественных задач теоретическое знание необходимо, но недостаточно. Цель же использования качественных задач с точки зрения формирования логического мышления при углубленном изучении физики смещается в иную, качественно новую плоскость: систематическое решение качественных задач позволяет перевести знания логических приемов в разряд умений оперировать ими в любой ситуации.

    Во второй главе«Теоретическая концепция использования качественных учебных задач при углубленном изучении физики» рассмотрены теоретические аспекты работы с такими задачами. При этом в основу данной концепции положен системный взгляд на сами качественные задачи, на их совокупность (сборники задач) и практическое использование. При этом можно выделить три аспекта концепции (см. схему 1): содержательный (блоки 1 и 2), процессуальный (блоки 3 и 4) и методический (блок 5).

    Схема 1.    Концепция использования качественных задач в учебном процессе

    Для полной реализации дидактических целей необходимо не просто брать качественные задачи из различных сборников, ориентируясь только на их тематическую принадлежность, а нужна система задач, отвечающая ряду особенностей.

    Нами проанализированы существующие системы качественных задач в школьных учебниках и сборниках задач, наиболее широко используемых в основной школе. В результате определены недостатки и выделены основные, с нашей точки зрения, четыре цели использования качественных задач в учебном процессе: 1) активизация познавательной деятельности; 2) формирование у школьников структурных элементов знаний; 3) развитие у них логического и творческого мышления; 4) формирование знаний и умений методологического характера.

    Для более эффективной реализации предложенных целей нужна система качественных задач, построенная на основе следующих принципов:

  • обязательной мотивации учебной деятельности;

  • полного охвата всех признаков физических понятий и явлений, их актуализация в связях друг с другом и с другими понятиями;

  • пооперационной полноты охвата приемов умственной деятельности;

  • полного охвата всех наиболее распространенных методов и приемов решения качественных задач;

  • освоения основных этапов и структурных элементов научного познания;

  • непрерывной активизации креативных свойств личности.

  • Из данных принципов следует и логика расположения задач в учебных пособиях и порядок их использования в учебном процессе. С нашей точки зрения, более целесообразной является структура сборника качественных задач, основанная на трех типах задач по степени определенности условия. Соответственно, задачи должны делиться на 3 группы. В первой группе задачи с достаточно определенным условием на отработку и углубление различных свойств и признаков изучаемых физических понятий. Во вторую группу должны входить задачи на материал нескольких тем в рамках одного раздела, а в третью группу – сложные комбинированные задачи на использование знаний из разных тем курса или по материалу большой темы (например, «Электрические явления»). Причем задачи должны быть подобраны таким образом, чтобы последовательное их решение позволяло ученикам от уровня понимания перейти на уровень применения знаний в стандартных ситуациях, а затем в новых усложненных ситуациях. Именно такую структуру имеет написанное нами учебное пособие, включившее в себя все основные принципы изложенной здесь концепции и положенное в основу экспериментальной работы данного исследования. Сборники задач должны обязательно содержать подсказки и указания для сложных задач. Такими подсказками могут быть наводящие вопросы и указания на особенность решения или на некоторую область, в которой следует искать информацию. Что же касается ответов к качественным задачам, то здесь ситуация неоднозначная. С одной стороны ответы нужны для выяснения правильности рассуждений. С другой стороны присутствие ответов часто приводит к “подглядыванию”, что естественно не может дать нужного дидактического эффекта. Мы предлагаем отделить “решения” от “задач”. Ученики должны иметь на руках только задачники с подсказками и образцами решения некоторых задач. Решения же задач должны быть только у учителя. Наш опыт подобного “разделения” по отзывам учителей и учащихся экспериментальных классов можно признать удачным.

    Однако система качественных задач не начнет функционировать до тех пор, пока на нее не окажут какое-либо внешнее воздействие. Причем положительные эффекты использования качественных задач достигаются лишь при соблюдении ряда логических и методических условий. Некоторые из них связаны с известными общедидактическими принципами (принципы наглядности, планомерности и систематичности, научности и доступности, принцип связи эмпирических знаний с теоретическими). Но нам удалось выделить некоторые специфические принципы использования, связанные с особенностями как самих качественных задач, так и процесса их решения: принцип гармоничного развития репродуктивного и продуктивного типов мыслительной деятельности, умелого сочетания при решении качественных задач различных форм деятельности с индивидуальным характером усвоения знаний и другие. Особо нужно отметить два принципа: принцип относительности и ориентации на результат.

    Первый принцип указывает на относительность мыслей и субъективность творческой деятельности ученика по решению любой качественной задачи, которая в большей степени является творческой, а соответственно относительной, и не может быть унифицирована, подогнана под какие-либо эталоны. Увеличение неопределенности в деятельности ученика, его мыслительных процессов приводит к увеличению вариативности различных подходов. К тому же при решении качественных задач часто возникает проблема, связанная с неоднозначностью моделирования задачной ситуации, ведь качественные задачи часто имеют дивергентный характер, а соответственно, правильные решения могут быть различными. В связи с этим учитель должен смотреть на характер деятельности, проверяя понимание сути рассматриваемого вопроса и знание фактического материала, а не сравнивая решение ученика с некоторым стандартным, известным ему решением.

    Принцип ориентации на результатобуславливает приоритет итогового контроля над текущим. По нашему мнению, на обычных уроках должны преобладать учебные ситуации, где учащиеся выдвигают гипотезы, объясняют и рассуждают, не боясь ошибиться и получить отрицательную отметку. В условиях, когда получение отметки не довлеет над учащимися, они раскрепощаются, что помогает развитию творческих способностей. При систематическом решении качественных задач у учеников быстро преодолевается “ответобоязнь”, а ответы учащихся приобретают свою прямую и разумную роль – служить сигналом о ходе усвоения учебного материала. Более того, для талантливых учеников часто важна не столько внешняя оценка, сколько сам факт решения сложной задачи. Еще один из основателей гештальтпсихологии М. Вертгеймер считал, что главная привлекательность задач должна быть в их выполнении, а не во внешних формах вознаграждения, а последнее, по его мнению, лишь отвлекает от содержательной работы.

    Естественно, реализация всех принципов возможна лишь при использовании многообразия форм и приемов работы с качественными задачами (см. схема 2). В диссертационном исследовании проанализированы разные формы организации работы с качественными задачами, рассмотрены особенности, преимущества и недостатки коллективных, групповых и индивидуальных форм работы. Мы предлагаем применять для решения качественных задач, кроме наиболее распространенных приемов фронтального и индивидуального решения задач некоторые известные, но редко применяемые в школе, такие как мозговая атака, синектический мозговой штурм, самостоятельные мини-исследования и др.

    Схема 2.     Типизация форм и приемов решения качественных задач

    Нами предложены и некоторые новые методические приемы. Например, “игра в «Почему?»: на класс даются две качественные задачи по вариантам, а через некоторое время, выделяемое на решение, учащиеся начинают “перекрестный допрос” своих оппонентов. Сначала один ученик (“решатель”) объясняет решение своей задачи, другой ученик (“критик”) ищет при этом логические ошибки, задавая вопросы типа «Почему?», «Откуда это следует?», количество которых подсчитывается. Задача “решателя” дать логически обоснованное решение, а “критика” – найти противоречивость и нелогичность в приводимых утверждениях. Затем ученики меняются ролями. “Выигрывает” тот, кто задал больше вопросов. Роль учителя состоит в мотивационно-контролирующей деятельности: обеспечение включения в деятельность каждого ученика и разрешение возникающих спорных вопросов. В отличие от простого воспроизведения вслух решения задачи одним из учеников, в данном приеме появляются элементы необычности, игры и состязательности. Такая игра развивает навыки негативного мышления и учит контролировать обоснованность и непротиворечивость своих утверждений, поэтому данный прием при систематическом использовании позволяет переводить умения от “проговаривания вслух” на внутренний план (мысленные вопросы).

    Выбор наиболее рациональной формы использования качественных задач на том или ином этапе урока определяется в каждом конкретном случае уровнем подготовленности учеников, степенью доступности решения, учетом специфики темы, методом решения задачи и т.д.

    В процессуальную часть концепции также входят и модели деятельности при работе с качественными задачами, в частности нами выделены три уровня отношения учащихся к решению качественных задач, соответствующие им этапы обучения решению таких задач и умения, формируемые на этих этапах. Логическую последовательность данных этапов (и уровней) можно смоделировать так называемой “квантовой лестницей”. Смысл такой “лестницы” заключается в том, что пока учеником не пройден нижний уровень (не сформированы определенные умения), изменения на следующих, более высоких уровнях у него не происходят. Выделим для учеников основной школы три основных уровня, начиная с простейшего, стихийно сформированного у учащихся изначально (см. рис.). Однако формирование данных уровней не гарантировано, как не исключается и существование более высоких уровней развития. На первом уровне происходит восприятие объекта качественная задача, осмысление и овладение логическими приемами выдвижения гипотез и их обоснования. На втором уровне учащиеся знакомятся со структурой действий, они осознают необходимость такой структуры, осмысливают этапы решения, осваивают и применяют их на практике для решения сложных качественных задач. Параллельно с освоением различных подходов к решению качественных задач развивается и совершенствуется внутренний план действий, ориентировочная основа и тип рефлексии.

    Схема 3

    В третьей главе рассмотрена методика работы с качественными физическими задачами, в которой мы различаем понятия использование и решение качественных задач. Второе понятие более узкое по своему содержанию, однако оно более распространено на практике в применении к качественным задачам. Мы под решением качественной задачи понимаем процесс поиска системы знаний (понятия, теории, законы, формулы, общие положения, методы решения и т.д.) и применения этой системы к условиям данной задачи для нахождения ее требования. В параграфе «Структура деятельности при решении качественных задач» анализируются существующие схемы решения физических задач и качественных задач, в частности, а также предлагается более общая модель деятельности, основанная на известной четырехэтапной структуре решений. Подходя к качественной задаче как к творческой, мы пытаемся объединить логическое решение задачи с интуитивным, используя наиболее распространенные эвристические приемы и механизмы ассоциативного мышления. Основные операции объединены нами в крупные блоки и связаны с известной структурой решения задач. При этом выделено 4 этапа решения качественных задач: анализ текста задачи; построение и анализ задачной ситуации; нахождение требований задачи; проверка и анализ ответа и непосредственно процесса решения. Особенное внимание уделяется рассмотрению первого и последнего этапов, которые не находят должного отражения в современном учебном процессе, что уменьшает дидактическую ценность самого решения. Модельный характер такой схемы деятельности заключается в многообразии как самих качественных задач, так и способов их решения.

    На ряде примеров показана вариативность решения качественных задач, зависящая от идеализации задачной ситуации и от применения различных эвристических приемов. Различные эвристические стратегии систематизированы нами по их роли влияния на процесс решения качественных задач: процедурные эвристики позволяют осуществлять и упрощать выполнение логических операций при решении задачи по алгоритмическому предписанию: метод эвристических вопросов, метод наглядности и др.; эвристики преобразования условия задачи, позволяют путем разбиений и переформулирования сводить задачу к более простому и понятному виду или к решенной ранее задаче: метод разбиения на подзадачи, метод преобразований и др.; эвристики специфических приемов мышления, позволяют организовать мыслительный процесс особым более эффективным способом: метод аналогий, метод выделения признаков, метод обращения задачи, метод вращения внимания, метод чувственной эмпатии, метод разворота, метод вспомогательных элементов и др.; специальные эвристики, связанные с предметной областью задачи: оригинальный выбор системы отсчета, методы дивергирования и конвергирования явлений и т.п. Рассмотрено 17 таких стратегий, применение большинства из которых проиллюстрировано на конкретных примерах решения качественных задач.

    Параграф «Некоторые особенности методики использования качественных задач в процессе изучения базового курса физики (на примере изучения темы «Тепловые явления»)» посвящен “использованию” качественных задач в более общем смысле. Здесь приведены отдельные методические решения, связанные с применение качественных задач на разных этапах учебного процесса: роль качественных задач для постановка цели урока, при усвоении физических понятий, при работе с таблицами физических величин, при работе с количественными задачами, в качестве домашнего задания и т.д. Разобраны методические особенности уроков решения качественных задач и особенности использования качественных задач для контроля знаний. Последнее достаточно актуально в связи с усилением качественной стороны изучения физического материала и переходом на единый государственный экзамен.

    Наряду с классической проверкой знаний учащихся, предлагается использовать качественные задачи и для оперативного мониторинга (системы отслеживания состояния знаний учащихся и сформированности их умений и навыков). Вместе с традиционным тестированием, которое требует специальной обработки, можно использовать и более простой прием – назовем его условно “голосование”. Ученикам предлагается к решению некоторая качественная задача и через некоторое время, необходимое для обдумывания ситуации, учитель спрашивает полученные учащимися ответы. Затем ответы систематизируются или учитель дает 2-4 заготовленных варианта, а классу предлагается проголосовать, выбрав один из них. Таким образом, за несколько минут можно оценить ситуацию, связанную с усвоением изученного материала, и сделать выводы для дальнейшей коррекции. Ученикам же такой прием нравится, они увлеченно включаются в решение задачи и с удовольствием голосуют. При этом ученики вовлекаются также и в процесс самооценки своих учебных достижений. Единственное требование и необходимое условие эффективности такого приема – это отсутствие оценки. Нельзя оценивать ответы и заострять внимание на учениках, ответивших неверно – все должны отвечать свободно, не боясь, высказывать свое мнение. Учитель при голосовании следит за тем, чтобы не было воздержавшихся, а затем просит нескольких учеников защитить свою версию ответа. Другие ученики выступают в качестве критиков. Так общими усилиями получается правильный ответ, который сообщается в самом конце решения.

    Рассмотрены и особенности оценивания решения качественных задач. Основным и единственным критерием для выставления отметки за решение качественной задачи, с нашей точки зрения, должен быть не ответ, а сам процесс решения – рассуждения приведшие ученика к ответу. На начальных стадиях обучения учащихся решению качественных задач нужно уделять внимание наличию в ответе ученика необходимых этапов решения. Также всегда необходимо следить за логической четкостью и доказательностью объяснений. Правильный ответ сам по себе не является еще достаточным основанием для выставления отметки, в этом случае вполне достаточно дать устную оценку работы ученика.

    В целом в главе доказано, что методика использования школьных учебных физических качественных задач может быть только комплексная (в пределе – системная). При этом использование качественных задач подразумевает не только их непосредственное решение, но и применение задач в качестве иллюстраций изучаемых теоретических положений, постановки проблемы урока и т.п.

    В четвертой главе«Экспериментальное изучение эффективности предло­женной теоретической концепции исследования» в параграфах «Методика и проблемы экспериментального доказательства» и «Результаты педагогического эксперимента и их анализ» описываются критерии и методы оценки эффективности применения качественных задач в обучении физике, общее построение педагогического эксперимента и его результаты, включающие качественные и количественные данные, их анализ, интерпретации и выводы.

    Педагогический эксперимент проводился в три этапа. I этап эксперимента (1998–2000 гг.) носил констатирующий характер. Целью экспериментальной работы было выяснение состояния проблемы использования качественных учебных задач при углубленном изучении курса физики основной школы. При этом было проведено: анкетирование учителей физики (116 учителей) школ г. Кирова и Кировской области, анализ областных срезовых контрольных работ за 1995-2001 гг. (около 2 тыс. учащихся ежегодно) и т.п. II этап эксперимента (2000–2001 гг.) носил поисковый характер. На данном этапе было задействовано 199 учащихся Кировского физико-математического лицея. Результатом экспериментальной работы явилась разработка концепции использования качественных задач при углубленном изучении физики и написанное на основе этой концепции учебное пособие для учащихся. Также был спланирован эксперимент по проверке рабочей концепции и отработке методики использования качественных задач на примере изучения темы «Тепловые явления». На третьем формирующем этапе эксперимента (2001–2002 гг.) участвовали восьмиклассники КФМЛ и учащиеся 8б класса средней школы с углубленным изучением отдельных предметов №3 г. Кирово-Чепецка – всего 78 человек. Результаты достижений отслеживались при помощи трех контрольных тестов, двух срезовых работ (констатирующей и контрольной), бесед с учащимися и методом педагогического наблюдения. Первый контрольный тест проводился в начале учебного года (констатирующий тест), второй – в конце первой четверти, третий – в конце первого полугодия. Для сравнения результатов таким же испытаниям подверглись и 127 учащихся контрольных классов (ученики 8-х классов заочного отделения КФМЛ, 8а и 8в классов средней школы №3 г. Кирово-Чепецка), которые встречались с качественными задачами на уроках физики эпизодически.

    При экспериментальной проверке гипотезы исследования проверялось и анализировалось влияние использования качественных задач на отношение учащихся к предмету и усиление познавательной активности, в том числе интереса к решению задач; отношение учащихся к разным формам работы с качественными задачами; формирование и использование модельных представлений при решении качественных задач; самостоятельное составление учащимися физических задач; влияние использования качественных задач на развитие логического и творческого мышления. Исследовалось развитие умения решать качественные задачи и влияние решения таких задач на умение решать количественные задачи. Некоторые результаты можно увидеть в табл. 1.

    Достоверность результатов педагогического эксперимента оценивалась на основе статистической обработки полученных данных по критерию c2 (хи-квадрат) при достоверности 95%. Для статистического анализа мы выбрали два основных умения в структуре умений решать качественные задачи: доказательность суждений и умение анализировать задачную ситуацию. Оценка проводилась по пяти уровням, однако, учитывая рекомендации по применению критерия, мы объединили уровни 4 и 5 вместе.

    Таблица 1


    Логическое мышление


     


    Экспериментальные классы


    Контрольные классы


    Номер теста


    1


    2


    3


    1


    2


    3


    Сложные аналогии (абстрактное мышление)


    Суммарный балл


    972


    1 013


    1 120


    1 232


    1 241


    1 249


    Средний балл


    12,5


    13,0


    14,4


    9,7


    9,8


    9,8


    Выделение существенных признаков (главное и второстепенное)


    Суммарный балл


    1202


    1240


    1350


    1 797


    1 816


    1 855


    Средний балл


    15,4


    15,9


    17,3


    14,2


    14,3


    14,6


    Творческое мышление


    Методика диагностики вербальной креативности (тест Медника)


    Суммарный балл


    195


    311


    455


    279


    298


    424


    Средний балл


    2,5


    4,0


    5,8


    2,2


    2,4


    3,3


    Диагностика невербальной креативности
    (фигурная форма теста творческого мышления Торренса)


    Суммарный балл


    162


    194


    202


    237


    241


    244


    Средний балл


    2,08


    2,49


    2,59


    1,87


    1,90


    1,92

    Обозначим р1i (i = 1, 2, 3, 4) вероятность сформированности у учащихся экспериментальных классов соответствующего умения на уровне i; р2i (i = 1, 2, 3, 4) – вероятность сформированности у учащихся контрольных классов соответствующего умения на уровне i. На основе данных (табл. 2) можно поверить нулевую гипотезу Но: р1i = р2i для всех С = 4 уровней (т.е. р11 = р21, р12 = р22, р13 = р23, р14 = р24) – при альтернативе Н1: р1i ? р2i хотя бы для одного из С = 4 уровней. Критическая статистика для уровня значимости 0,05 и числа степеней свободы 4 – 1 = 3 равна 7,82.

    Таблица 2

    В соответствии с правилом принятия решения, полученные результаты (Тнаб>Ткр) дают основание для отклонения на уровне значимости 0,05 нулевой гипотезы и принятия альтернативной гипотезы. Следовательно, с достоверностью 95% различия в уровнях сформированности выделенных умений решать качественные задачи между учащимися контрольных и экспериментальных классов обусловлены не случайными факторами, а носят закономерный характер. Причиной этого, с нашей точки зрения, является применение в экспериментальных классах разработанной нами методики использования качественных задач в процессе обучения физике. Динамика изменения статистики Тнаб на качественном уровне также подтверждает выдвинутую нами гипотезу исследования о положительном влиянии систематического использования качественных задач на формирование умений обосновывать, доказывать свои рассуждения и анализировать задачную ситуацию.

    Таким образом, эти и другие экспериментальные данные в совокупности подтверждают гипотезу исследования по всем ее положениям, что дает нам право считать гипотезу экспериментально доказанной.

    Заключение

    Настоящее исследование доказывает, что целенаправленное методическое действие на формирование предметных знаний и общеучебных умений через систему качественных задач, требующее вовлечения учащихся в разнообразные, вариативные виды деятельности, оказывает большое влияние на развитие логического и творческого мышления, а также личности учащихся. С нашей точки зрения, осуществление на практике предложенной концепции использования качественных учебных задач позволит обеспечить более гармоничное развитие ученика. Это особенно важно при углубленном изучении физики, так как использование качественных задач позволяет решать вопросы гуманитаризации образования без ущерба для строгости и научности рассматриваемых вопросов.

    С точки зрения достижения поставленных целей исследование можно считать законченным. Теоретически и экспериментально обосновано наличие проблемы использования учебных качественных задач по физике, найдены новые методические решения этой проблемы с учетом особенностей углубленного изучения физики в основной школе, в необходимой степени выполнена опытная проверка созданной методики на примере изучения темы «Тепловые явления». В целом гипотеза исследования подтверждена всей совокупностью полученных результатов.

    Однако потенциал темы не исчерпан. Некоторые проблемы были только очерчены в данной работе и нуждаются в более подробном исследовании. Среди них такие:

  • Использование моделей и моделирования при решении качественных задач.

  • Подробное моделирование практической деятельности учителя и учеников при решении качественных задач различных видов.

  • Разработка содержания и методики поэтапного формирования умений решать качественные задачи и критериев сформированности данных умений.

  • Особенности подбора качественных задач для тестовых заданий.


  •  


    Основные результаты исследования отражены в следующих публикациях:

    1. Исупов М. В. Анализ нулевых контрольных работ по физике // Практика обучения физике как творчество: Тез. докл. республ. науч.-практ. конф. – Киров: Изд-во Вятского ГПУ, 1998. – С. 73.

    2. Заграй В.С., Исупов М. В. Механика в задачах. Практикум по решению задач. Пособие для учителей и учащихся. – Киров, 2000. – 232 с. – (Вклад соискателя 50%)

    3. Исупов М. В. О проблеме решения качественных задач // Модели и моделирование в методике обучения физике: Материалы докл. республ. науч.-теор. конф. – Киров: Изд-во ВятГПУ, 2000. – С. 69–71.

    4. Сауров Ю.А., Исупов М. В. Электрические явления: VIII класс: Модели уроков. – Киров, 2000. – 68 с. – (Вклад соискателя 50%)

    5. Исупов М. В. Проблема мотивации развития одаренных учеников // Факты и проблемы практики менеджмента: Материалы научно-практической конференции. – Киров: Изд-во Вятского ГПУ, 2001. – С. 117-120.

    6. Сауров Ю.А., Исупов М. В. Формирование отношения школьников к решению качественных задач // Познание процессов обучения физике: Сб. статей. Вып. 3. – Киров: Изд-во ВГПУ, 2002. – С. 6-8. – (Вклад соискателя 50%)

    7. Исупов М. В. Исследование отношения учащихся к использованию качественных задач // Познание процессов обучения физике: Сб. статей. Вып. 3. – Киров: Изд-во ВГПУ, 2002. – С. 18-20.

    8. Исупов М. В. Решаем качественные задачи: Строение вещества. Тепловые явления: Ч. 1. Качественные вопросы и задачи. – Киров: Изд-во Вятского ГПУ, 2002. – 56 с.

    9. Исупов М. В. Решаем качественные задачи: Строение вещества. Тепловые явления: Ч. 2. Ответы, указания и решения. – Киров: Изд-во Вятского ГПУ, 2002. – 29 с.

    10. Сауров Ю.А., Исупов М. В. Модели уроков: Электрические явления: 8-й класс. Базовый курс. Ч. 1 // Физика: Еженедельное приложение к газете “Первое сентября”. – 2002. – № 29. – С. 1-7. – (Вклад соискателя 50%)

    11. Сауров Ю.А., Исупов М. В. Модели уроков: Электрические явления: 8-й класс. Базовый курс. Ч. 2 // Физика: Еженедельное приложение к газете “Первое сентября”. – 2002. – № 37. – С. 1-8. – (Вклад соискателя 50%)

    12. Сауров Ю.А., Исупов М. В. Модели уроков: Электрические явления: 8-й класс. Базовый курс. Ч. 3 // Физика: Еженедельное приложение к газете “Первое сентября”. – 2002. – № 41. – С. 1-8. – (Вклад соискателя 50%)

    13. Исупов М. В. Исследование развития школьников при решении качественных задач // Исследование процесса обучения физике: Сб. науч. тр. Вып. 6. – Киров: Изд-во ИУУ, 2002. – С. 20-23.


     


     

    Исупов Михаил Васильевич

     

    Автореферат

    Подписано в печать 8.04.03. Формат 60x841/16.

    Усл. печ. л. 1,3.   Тираж 100 экз.

    Бумага типографская. Гарнитура «Таймс»

    Отпечатано в тип. ЦДООШ, г. Кирова, ул. Ленина, 105. Заказ №69.