 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| На защиту выносятся следующие положения.
1. Введенный в теорию и практику понятийно-категориальный аппарат, который расширяет терминологическое пространство исследования, содержащее как общенаучные понятия (компетентность, интеллектуальные способности, методология познания), так и специфические, присущие физике как науке (теории, модели, графические интерпретации, приложения электродинамики в технике). В состав компетентностей, следует включить учебно-познавательную компетентность, состоящую из теоретического, методологического, прикладного компонентов, формируемых у школьников в процессе обучения электродинамике в русле авторской методической системы: ü теоретический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями; ü методологический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания; ü прикладной компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники. Следует выделить параметры, характеризующие уровни интеллектуального развития и структуры интеллекта школьников, такие как: ü коэффициент интеллекта IQ; ü структура интеллекта. 2. Концепцию методической системы обучения электродинамике в средней школе целесообразно разработать средствами интеграции теоретического, методологического и прикладного материала на основе триады «теория – методология – приложения», в результате формируется учебно-познавательная компетентность школьников, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов. Принципы формирования методической системы: - принцип цикличности в обучении (В. Г. Разумовский): факты – гипотеза – следствие – эксперимент (четыре фазы); в этом принципе определяется место методов познания и приложений физики для формирования фундаментальных и прикладных знаний; - принцип двухъядерной структуры раздела «Электродинамика» (авторский): одним ядром является теория электромагнитного поля Максвелла, с включением математической модели – уравнений Максвелла, другим ядром – классическая электронная теория Лоренца-Друде; каждое ядро обеспечивает выполнение принципа генерализации; - принцип модульной архитектуры раздела (авторский), основанный на дидактических блоках «теория – методология – приложения». Подходы:компетентностный, системный, деятельностный и интегративный. Обучениеэлектродинамике на основе общенаучных методов познания и специфических методов физики: - обучение школьников на основе модульной структуры электродинамики, в основу модулей положены дидактические блоки «теория-методология-приложения»; - использование демонстрационного и исследовательского экспериментов, наглядно подтверждающих идею единства теоретического, методологического и прикладного подходов в обучении электродинамике; - генерализация учебного материала раздела «Электродинамика», средствами математической формулировки уравнений Максвелла, представляющих собой теоретическое ядро электродинамики. Ядро концепциисоставляет ведущая идея исследования, которая заключается в представлении о том, что обучение электродинамике в средней школе должно основываться на триаде «теория-методология – приложения», что приведет к синтезу фундаментальных и прикладных знаний. 3. Содержание модели методической системы обучения электродинамике в средней школе следует рассматривать как идеальный объект, который описывает деятельность (учебную, познавательную, развивающую, диагностическую, контрольную) участников учебного процесса (ученика и педагога) по достижению педагогических целей, а также описывает базовые принципы обучения электродинамике, структуру раздела и теоретические основания и позволяет провести исследование процесса и результата внедрения методической системы в реальный учебный процесс. Модельвключает следующие компоненты: - мотивационно-целевой компонент – обеспечение высокого качества обучения, развития интеллектуальных способностей и компетентностей школьников; - структурно-содержательный компонент – концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики; - процессуально-деятельностный компонент – лекции, практические занятия, семинары, демонстрационный и исследовательский эксперимент, самостоятельная работа школьников; - оценочно-результативный компонент - система контрольных заданий, предметных заданий и психологических тестов для проверки сформированности фундаментальных и прикладных знаний, для оценки развития интеллекта и компетентней школьников в процессе обучения на основе авторской модели методической системы обучения. Ведущим компонентом модели методической системы обучения электродинамике в средней школе следует считать дидактические блоки «теория – методология – приложения». 4. Построенная на основе триады «теория – методология – приложения» методическая система обучения электродинамике в средней школе позволяет обеспечить высокий уровень учебно-познавательной компетентности, развитие интеллектуальных способностей школьников. 5. В методическую систему включено концепт-содержание раздела «Электродинамика» курса физики старших классов в соответствии с авторской концепцией. Концепт-содержание отражает не только структуру и логические связи тем раздела, оно представляет собой прототип учебного материала для учащихся и учителей, предназначенный для демонстрации предлагаемых идей и подходов в содержании, то есть отвечает не только на вопрос «чему обучать?», но и на вопрос «что знать?». Поэтому концепт-содержание выделяется в методической системе обучения электродинамике в нашем исследовании. 6. Следует разработать инструментально-методическое обеспечение мониторинга образовательных ресурсов раздела «Электродинамика» школьного курса физики, позволяющее оценить качество подготовки учащихся по этому разделу и динамику роста уровня их компетентностей и интеллектуальных способностей. Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения. Содержит: 9 таблиц, 117 рисунков, диаграмм и схем. Основной текст на 455 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введениина основе анализа современного состояния проблемы обосновывается актуальность темы, определяются цель, объект, предмет исследования, гипотеза, задачи и методы исследования, раскрывается научная новизна, теоретическое и практическое значение исследования, формулируются положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации и внедрении результатов исследования. В первой главе «Анализ современного состояния проблемы обучения электродинамике в средней школе» представлен исторический экскурс в историю формирования теоретических, методологических, прикладных знаний учащихся в процессе обучения электродинамике в средней школе с учетом философского и психолого-педагогического аспектов проблемы. Анализ научных работ в области методологии и методологических знаний показывает, что существуют различные подходы к пониманию методологии и методологических знаний. Рассматривается, какое место занимают методология и приложения науки в современной образовательной концепции с точки зрения философии образования. Делается вывод, что сегодня образование сфокусировано на средствах мышления и деятельности, информационный аспект не является преобладающим, а мотивационная культура в категориях средств мышления и деятельности становится определяющей идеей в философии образования XXI века. Анализируется подходы к формированию методологических знаний учащихся в процессе обучения физике, в частности, позиции Г. М. Голина, В. Ф. Ефименко, Н. С. Пурышевой, А. В. Усовой. Подчеркивается необходимость формирования таких знаний у учащихся. Анализируется проблема соотношения физической науки и учебного предмета на основе работ В. Г. Разумовского, В. В. Мултановского, И. Г. Пустильника, В. В. Майера, Н. А. Мансурова, А. Н. Малинина, в которых поднимается проблема противоречий и несоответствий физической науки и учебного предмета и предлагаются пути их решения. Делается вывод, что наиболее действенный путь соотнесения физической науки и учебной дисциплины состоит не в увеличении информационной нагрузки на учащихся, не в увеличении сложности и абстрактности изучаемого материала, то есть не в приближении школьного курса физики к курсу общей физики, а в изучении методов физической науки и ее приложений. Выделяется проблема информационной перегрузки учащихся, обусловленной большим объемом научных знаний, которые необходимо усвоить в процессе изучения физики. В качестве альтернативы пути решения этой проблемы предлагается путь перехода к изучению методов научного познания. Школьный курс физики должен познакомить учащихся не только с логикой научного познания и основными его методами, но и с тем, как эти методы позволяют достигать результатов в прикладных сферах человеческой деятельности. Таким образом, знания законов и теорий, методов научного познания, научных приложений – три «кита», на которые, на наш взгляд, должна опираться современная система образования. Делается вывод, что методология и приложения физики наряду с основополагающими теориями и законами являются важными условиями современного общего образования, а синтез фундаментальных и прикладных знаний в методике и содержании обучения физике обеспечивают их реализацию в учебном процессе. Анализируется проблема развития учащихся в процессе обучения физике в исторической ретроспективе на основании работ методистов XIX – начала XX вв. Н. А. Любимова, О. Д. Хвольсона, Н. В. Кашина, Б. А. Герна, а также работ педагогов русского зарубежья начала XX в. Д. М. Сокольцова, С. И. Гессена, в которых отмечается, что физико-математические науки, физика являются средством развития учащихся. Результатом развития методики обучения физике в сторону увеличения объема и сложности физических знаний явилась так называемая «технократизация» школьного образования, которая в полной мере проявила себя в 60–80-х годах прошлого столетия, в том числе и в связи с бурным ростом отечественных достижений в области фундаментальных физических исследований и в области прикладной физики. Конец XX века характеризовался все более нарастающей тенденцией в образовании к возрождению гуманитарного знания, что, однако негативно сказалось на естественнонаучном, в том числе физическом знании, поскольку гуманитаризация физического образования проводилась в ущерб его фундаментализации. Именно фундаментальные и прикладные знания в их единстве позволяют, как нам представляется, создать в учебном процессе условия для «формирования обобщенных схем действительности» (П. Я. Гальперин), при котором приобретение знаний происходит вместе с интеллектуальным развитием учащихся. Во второй главе «Теоретические основы концепции формирования методической системы обучения электродинамике в средней школе» на основе анализа работ В. Н. Дружинина и М. А. Холодной, посвященных психологии интеллекта и проблемам развития интеллекта в процессе обучения и собственных теоретических выкладок, а также анализа работ Дж. Брунера, И. С. Кона, Ж. Пиаже и Д. И. Фельдштейна, посвященных развитию личности делается вывод, что наиболее эффективно можно средствами фундаментальных и прикладных знаний, формируемых в процессе обучения физике, воздействовать на развитие интеллектуальных способностей учащихся в возрасте ранней юности – 15–16 лет. Рассматриваются различные подходы к определению уровня интеллектуального развития в процессе обучения. Устанавливается, что тестологический (факторный) подход предпочтительнее объяснительных подходов, хотя и не позволяет судить об умственных процессах. Факторный подход в теории интеллекта или факторный анализ интеллекта предполагает метод измерения различных атрибутов интеллекта с помощью отдельных тестов и определение факторов интеллекта на основе корреляционной обработки результатов в батарее тестов. В основе нашего исследования структуры интеллекта лежит группа тестов Р. Амтхауэра, основанная на многофакторной теории интеллекта по модели Л. Терстоуна. Анализируются результаты международных исследований по программам TIMSS и PISA, которые выявили несоответствие уровня естественнонаучной грамотности (компетентности как компонента грамотности) российских учащихся основным требованиям, принятым в мире в области школьного естественнонаучного образования. Результаты этих исследований делают очевидным необходимость опоры в обучении физике на использование знаний в реальных жизненных ситуациях, отличающихся от учебных, формирование методологических знаний, включение прикладных вопросов. Делается вывод, что необходимо создание методической системы обучения физике в средней школе на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний, что создает предпосылки для повышения показателей компетентностей учащихся. Анализируется определения понятий «компетенция», «компетентность» (И. А. Зимняя, Г. А. Цукерман, А. В. Хуторской, Равен Дж.., Evers F. T., Rush J. C., Berdrow I.), которое в психолого-педагогической литературе окончательно не сформировано и уточняется для целей данного исследования. В отличие от интеллектуальных способностей, основу которых (более 90%) составляют врожденные особенности, позволяющие решать нестандартные задачи, компетентности полностью благоприобретенные – в процессе обучения и воспитания. Но если это так, то эти качества можно развивать в определенных предметных областях, например, в физике. Делается вывод, что синтез фундаментальных и прикладных знаний в школьном физическом образовании позволяет решить проблему естественнонаучной грамотности российских школьников. Поэтому в учебный процесс по физике должны внедряться методы, использующие обучающие тексты, в которых учащиеся усваивают материал из прикладных разделов физики, с одной стороны, а с другой – им предоставляется возможность при ответе на вопросы к тексту выражать и обосновывать свою точку зрения и даже принимать решения. В диссертации исследуются факторы развития компетентностей школьников, к числу которых мы относим, в первую очередь, учебно-познавательную компетентность, состоящую из трёх компонентов: - теоретическая компонента учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями; - методологическая компонента учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания; - прикладная компонента учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники. Рассматриваютсянаправления обновления школьного физического образования на современном этапе.На современном этапе (в работах после 2000 года) можно выделить три основных направления обновления школьного физического образования, достаточно проработанных в исследованиях методистов. 1. Обновление на основе гуманитаризации физического образования, взаимосвязи культуры и науки (С. А. Тихомирова, Л. А. Бордонская и др.). Мы считаем фундаментализацию физического образования наиболее важным фактором общего образования в целом и уверены, что гуманитаризация подавляет фундаментализацию. Поэтому связи физики, физического образования с искусством, литературой, художественной культурой считаем в определенной степени надуманными, а в большей степени данью всеобщего процесса гуманитаризации, охватившего российское образование в середине 90-х годов прошлого века. Гуманитарное значение физики состоит, на наш взгляд, в освоении научного метода познания в процессе изучения физики. 2. Обновление на основе информационного подхода, новых информационных (компьютерных) технологий (А. И. Ходанович, Е. В. Оспенникова, Н. В. Шиян и др.). Делается вывод, что, несмотря на перспективность такого подхода, в существующих условиях оснащенности кабинетов физики компьютерной техникой и экспериментальным оборудованием реальное внедрение компьютерных технологий в обучение физики отстает от исследований в этой области. 3. Обновление на основе актуализации методологического подхода физики (Н. Е. Важеевская, Н. В. Кочергина, В. В. Майер, А. А. Никитин, Н. И. Одинцова, Н.С. Пурышева и др.). Формировать методологические знания можно только у учащихся старших классов, поскольку именно физические теории представляют собой основу для этого процесса. В трудах отечественных и зарубежных психологов (В. Н. Дружинин, И. С. Кон, Д. И. Фельдштейн, Ж. Пиаже) доказано, что способности к абстрактному и логическому мышлению складываются у детей только к 14–15 годам, то есть к поре ранней юности, поэтому мы утверждаем, что формирование методологических и гносеологических знаний возможно только в старшей школе. Поэтому исследования, касающиеся формирования методологических знаний учащихся в основной школе, на наш взгляд не могут иметь реального экспериментального подтверждения. Общим очевидным недостатком исследований по этому направлению является то, что в них отсутствуют частная методика и концептуальные основы содержания, обеспечивающего формирования методологических знаний, по крайней мере, в разделе «Электродинамика». Авторская концепция методической системы обучения электродинамике в средней школе разработана средствами интеграции теоретического и прикладного материала на основе триады – «теория – методология – приложения»; в результате формируется учебно-познавательная компетентность школьников, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов. Принципы формирования методической системы: - принцип цикличности в обучении (В. Г. Разумовский): факты – гипотеза – следствие – эксперимент (четыре фазы); в этом принципе определяется место методов познания и приложений физики для формирования фундаментальных и прикладных знаний; - принцип двухъядерной структуры раздела «Электродинамика» (авторский): одним ядром является теория электромагнитного поля Максвелла, с включением математической модели – уравнений Максвелла, другим ядром – классическая электронная теория Лоренца-Друде; каждое ядро обеспечивает выполнение принципа генерализации; - принцип модульной архитектуры раздела (авторский), основанный на дидактических блоках «теория – методология – приложения». Подходы: компетентностный, системный, деятельностный и интегративный. - обучение электродинамике на основе общенаучных методов познания и специфических методов физики; - обучение школьников на основе модульной структуры электродинамики, в основу модулей положены дидактические блоки «теория – методология – приложения»; - использование демонстрационного и исследовательского экспериментов, наглядно подтверждающих идею единства теоретического, методологического и прикладного подходов в обучении электродинамике. - генерализация учебного материала раздела «Электродинамика», средствами математической формулировки уравнений Максвелла, представляющих собой теоретическое ядро электродинамики. Ядро концепциисоставляет ведущая идея исследования, которая заключается в представлении о том, что обучение электродинамике в средней школе должно основываться на триаде – «теория – методология – приложения», что приведет к синтезу фундаментальных и прикладных знаний. Под фундаментальными знаниями мы понимаем систему знаний о закономерностях и описывающих их теориях (теоретическая составляющая), и методах познания (методологическая составляющая). Под прикладными знаниями мы понимаем систему знаний о применении достижений науки в практической деятельности человека, о практическом использовании физических знаний в повседневной жизни, о роли и значении физики в развитии современных технологий. Традиционная структура раздела «Электродинамика» школьного курса физики весьма далека от этих принципов, представляя собой набор слабо связанных тем. Приводится подробное обсуждение каждого из приведенных принципов концепции. Методика изучения физики в предлагаемой концепции обучения электродинамике в средней школе ориентирована на освоение учащимися общих и специфических методов познания и приложений. Диалектическое единство методов и приложений обусловлено единством теоретического и эмпирического знания в теории познания. К числу специфических методов физики, на которые должно быть ориентировано школьное физическое образование можно отнести: 1. теоретические методы: - теории, законы, принципы (теория близкодействия, законы Гаусса, Ампера, Фарадея, сохранения электрического заряда, принципы суперпозиции электрических и магнитных полей принцип Гюйгенса и др.), - модельные гипотезы (точечный электрический заряд, прямолинейный ток, соленоид, математический маятник, колебания в контуре, механизм генерации и распространения электромагнитных волн и др.), - графические модели и модели инструментов (силовая линия, эквипотенциальная поверхность, резонансная кривая, электронный газ, гауссова поверхность, зоны Френеля и др.), - анализ размерностей; 2. теоретико-экспериментальные методы: - мысленный эксперимент (взаимодействие точечных зарядов, взаимодействие прямолинейных токов, стягивания витка в точку, распространение электромагнитные волны, и др.), - натурное и математическое моделирование; 3. экспериментальные методы: - наблюдение, - демонстрационный, лабораторный и исследовательский эксперимент. Общенаучные методы в процессе обучения физике при изучении раздела «Электродинамика» осваиваются через применение: - методов логически индуктивного вывода уравнений Максвелла (и логически дедуктивного рассмотрения электрического и магнитного полей), - метода логически индуктивного вывода зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах, - методов аналогии электростатического и гравитационного взаимодействия; линий напряженности электростатического поля в электростатике и истока (стока) и линии тока жидкости в гидродинамике; физических величин в электродинамике и механике; аналогии механических и электромагнитных колебаний и др., - методов абстрагирования и идеализации при построении моделей источников полей, механизмов генерации и распространения электромагнитных волн и др. Отметим, что в процессе изучения раздела «Электродинамика» в школе в полной мере проявляется диалектическая взаимосвязь индукции и дедукции, а именно при формировании модели электромагнитного поля. Электрическое и магнитное поля представляются с одной стороны как проявления единого электромагнитного поля, а с другой стороны изучение этих полей позволяет сформировать модель единого электромагнитного поля. Физический демонстрационный эксперимент является фактором формирования фундаментальных и прикладных знаний учащихся. При этом демонстрационный эксперимент может использоваться в логической цепочке методики раскрытия темы: - знакомство с явлениями; - установление взаимосвязи между физическими величинами; - иллюстрация физических законов; - моделирование физико-технических приложений. Средствами демонстрационного эксперимента можно установить основные законы теории электромагнетизма, определяемые уравнениями Максвелла – методологической основой электродинамики, поэтому эксперимент способствует формированию методологических знаний учащихся. Основные прикладные вопросы электродинамики также могут быть раскрыты средствами демонстрационного эксперимента на основе моделирования реальных процессов и объектов. Делается вывод, что демонстрационный эксперимент может способствовать формированию фундаментальных и прикладных знаний учащихся. Электродинамика основывается на двух теориях: теории электромагнитного поля и классической электронной теории. Именно на основе математических моделей, построенных на базе этих теорий, и возможна генерализация материала раздела «Электродинамика» школьного курса физики. Рассмотрение теории электромагнитного поля Максвелла на качественном уровне входит в различные конструкции и модели уроков по темам раздела «Электродинамика». Однако математическая формулировка позволяет сделать с учащимися анализ уравнений и их приложений в конкретных случаях, что чрезвычайно важно для понимания ими основ теории электромагнитного поля, вопросов излучения и распространения электромагнитных волн. Структура раздела должна предусматривать преимущественно логически индуктивное формирование математической модели электромагнитного поля – уравнений Максвелла на основе известных методов познания. Формулировка уравнений Максвелла на основе сумм и приращений (С. Е. Каменецкий) является приемлемой альтернативой интегральной или дифференциальной записи, и представляет возможность для анализа этих уравнений. В третьей главе «Модель методической системы обучения электродинамике» в средней школе на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний»представлена модель методической системы обучения электродинамике. Модель является содержательно-смысловым наполнением авторской концепции методической системы обучения электродинамике в средней школе и включает взаимосвязанные и взаимозависимые компоненты, результатом которых является ученик средней школы с высоким уровнем учебно-познавательной компетентности и интеллектуальными способностями. Под методической системой обучения электродинамике в средней школе будем понимать комплекс взаимосвязанных структурных и функциональных компонентов физического образования (цели образования, субъекты, содержание школьной электродинамики, методы, формы и средства обучения, результат). Модель методической системы обучения электродинамике в школе схематически показана на рис.1. и состоит из следующих компонентов: - мотивационно-целевой компонент – обеспечение высокого качества обучения, развития интеллектуальных способностей и компетентностей школьников; - структурно-содержательный компонент – концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики; - процессуально-деятельностный компонент – лекции, практические занятия, семинары, демонстрационный и исследовательский эксперимент, самостоятельная работа школьников; - оценочно-результативный компонент – система контрольных заданий, предметных заданий и психологических тестов для проверки сформированности фундаментальных и прикладных знаний, для оценки развития интеллекта и компетентностей школьников в процессе обучения на основе авторской модели методической системы.
Два аспекта модели составляют существенные для исследования факторы: деятельностный аспект и структурный аспект. Они направлены на достижение цели повышения уровня предметных знаний, развития интеллектуальных способностей и компетентностей ученика. Деятельностный аспект моделирует реальную деятельность ученика (учебную, познавательную) и педагога (развивающую, диагностическую, контрольную) по достижению цели. Структурный аспект моделирует реальную методику обучения – цели, методы, формы и средства обучения, модульную структуру раздела и содержание изучаемого материала. Модель конструируется на теоретическом основании, представляющем собой авторскую концепцию формирования методической системы обучения и базовые принципы обучения электродинамике. Подробно рассматриваются и анализируются основные компоненты этой модели. Разработана структура раздела «Электродинамика», основанная на принципе двухядерности: структура раздела образована на функциональном уровне двумя ядрами – базовыми теориями, вокруг которых и осуществляется генерализации всего материала раздела: классическая электродинамика с упрощенной математической записью и анализом уравнений Максвелла, классическая электронная теория, сопровождаемая математической моделью и ее анализом. Дидактические блоки «теория–методология–приложения» образуют архитектуру раздела, реализованную в ее компонентах, связях этих компонентов друг с другом (рис. .2). В главе 4 «Методики изучения тем электродинамики в школьном курсе физики» рассматриваются методики и структура различных тем относительно её авторского видения. В процессе изучения электродинамики в школьном курсе физики можно наиболее эффективно формировать и развивать логическое, теоретическое, научно-техническое, диалектическое мышление учащихся (С. Е. Каменецкий) и, следовательно, влиять на развитие интеллектуальных способностей и компетентностей учащихся, поскольку фундаментальные и прикладные знания являются предпосылкой, движущей силой и следствием такого развития. Данное исследование проводится на примере изучения раздела «Электродинамика» курса физики старших классов еще и по следующим причинам: - этот раздел занимает значительную по объему (30-35% общего количества часов всего школьного курса физики в зависимости от программы) и наибольшую по количеству вводимых для усвоения понятий часть курса физики старших классов средней школы; - раздел «Электродинамика» школьного курса физики требует развития идеи генерализации материала на основе двух моделей: математической модели электромагнитного поля (системы уравнений Максвелла) и модели свободных носителей зарядов в классической электронной теории; - в рамках раздела изучаются частные модели электродинамики, использующие такие методы, как аналогия, абстрагирование, идеализация, мысленный и реальный эксперимент; - демонстрационный эксперимент в рамках этого раздела в наибольшей степени способствует раскрытию основных методов физики и приложений электродинамики, а исследовательский эксперимент в наиболее полной мере способствует
формированию у учащихся знаний о структуре научного эксперимента и формированию прикладных знаний. В качестве примера синтеза фундаментальных и прикладных знаний приведем методику изучения темы «Электромагнитная индукция». В фундаментальной части теоретические знания, приобретаемые при изучении основных понятий, таких как электромагнитная индукция; индуктивность; ток смещения; при изучении закона Фарадея; правила Ленца формируются и взаимодействуют с методологическими знаниями, приобретаемыми в процессе освоения таких методов как метод аналогии физических величин в электродинамике и механике; мысленные эксперименты по стягиванию витка в точку для установления первого уравнения Максвелла, с зарядкой конденсатора для введения понятия тока смещения (окончания первого уравнения Максвелла); математические методы «коэффициента пропорциональности» при введении физических величин, «от противного» при доказательстве правила Ленца, логически индуктивный вывод первого уравнения Максвелла, основанного на законе Фарадея. Знания, полученные при изучении таких приложений как применение индукционных токов, применения электромагнитной индукции в электроакустике, для генерирования и преобразования напряжения переменного тока и др. опираются на приобретенные фундаментальные знания и формируют вместе с ними прикладные знания учащихся. В главе делается научно-методический анализ каждой темы раздела в соответствии с дидактическими блоками «теория – методология – приложения» (рис. 2). Рассмотрим это на примере темы «Электростатика». При изучении электростатики необходимо введение, изучение и освоение следующих основных - физических понятий: электрический заряд; электризация макроскопических тел; электростатическое поле; напряженность электрического поля; поток вектора напряженности электрического поля; потенциал, разность потенциалов; электрическое напряжение; электрическая ёмкость; - моделей конфигураций зарядов: точечный электрический заряд, равномерно заряженный по объему шар; равномерно заряженная плоскость; равномерно заряженная нить; - моделей вещества в электростатическом поле: полярный и неполярный диэлектрик; металлический проводник; - моделей графического отображения и инструментов: силовая линия электростатического поля; гауссова поверхность; эквипотенциальная поверхность; - методов: мысленный эксперимент по взаимодействию точечных электрических зарядов в вакууме, мысленного эксперимента с веществом в электростатическом поле; абстрагирование при построении моделей; аналогия электростатического и гравитационного взаимодействия; аналогия истока и стока, силовых линий электростатического поля и линии тока жидкости в гидродинамике; математический метод «коэффициента пропорциональности»; логически индуктивный вывод основного уравнения электростатики – третьего уравнения Максвелла, основанного на законе Гаусса; логически индуктивный вывод о свойствах электрического поля любой конфигурации источников на основе рассмотрения только двух частных случаев – однородного поля и поля точечного источника; - принципа суперпозиция электрических полей; - законов: сохранение электрического заряда; взаимодействие двух точечных зарядов в вакууме (Закон Кулона); взаимосвязь потока вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность с величиной зарядов-источников внутри этой поверхности (закон Гаусса). Подробно рассматривается введение понятий, особенно тех, которые неоднозначно трактуются в методической литературе. Закон Гаусса для электрического поля представляется как одно из уравнений Максвелла. После изучения электромагнитной индукции и тока смещения полностью подготовлен материал для формирования системы уравнений Максвелла. Методическая система настроена на введение и анализ систем уравнений Максвелла, записанных в доступной учащимся математической форме. Предлагаемая математическая формулировка уравнений Максвелла использует известный учащимся старших классов математический аппарат сумм и приращений, на который мы опирались при формулировке отдельных законов, составляющих ситсему уравнений Максвелла. Именно такая формулировка была дана С. Е. Каменецким и Кл. Э. Суорцем. Мы считаем принципиальной необходимость математической записи, так как это предполагает возможность анализа системы уравнений Максвелла. В каждом модуле приводятся структура темы, а также схемы, описание, методика демонстрационных экспериментов, обеспечивающих поддержку курса на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. В каждом модуле приводится методика обучения приложениям, основным принципом которой является то, что соблюден важный дидактический момент – при изучении этих прикладных вопросов рассматриваются практически все изученные положения методологический части. Обобщим вышесказанное на примере формирования триады «теория – методология – приложения» темы «Магнетизм» (табл.1) Таблица 1 Методика изучении темы «Магнетизм»
В пятой главе «Концепт-содержание электродинамики в школьном курсе физики» приведены подробные учебные материалы раздела «Электродинамика». Концепт-содержание не является ни учебником, ни его частью, оно представляет собой полный учебный материал раздела «Электродинамика» для старших классов средней школы, разработанное в соответствии с авторской концепцией методической системы обучения электродинамике в средней школе, основанное на идее синтеза фундаментальных и прикладных знаний учащихся. Вопрос отбора необходимого содержания предназначенного для того или иного уровня обучения решается в педагогической практике непосредственно учителем. Существует большое количество учебных и методических пособий, которые построены по принципу учебно-методических указаний или моделей уроков. Однако в таких пособиях отсутствует часто основное и всегда полное содержание фактического учебного материала. Чаще всего в этих пособиях обозначается, как надо учить, а не чему. Поэтому учитель вынужден использовать имеющиеся у него сведения из общей физики и некоторых разделов теоретической физики для адаптации их в школьном курсе. В этом смысле представленное нами в исследовании концепт-содержание обладает практической направленностью, обеспечивающей исходный материал для обучения учащихся. Концепт-содержание имеет модульную структуру «теория – методология – приложения». Особенностями модуля «Электростатика. Четвертое уравнение Максвелла» являются: авторское введение понятия «электрический заряд» как атрибут (неотъемлемое свойство, данным от природы, например, как масса) некоторых элементарных частиц; введение понятия «электростатическое поле» как проявление электромагнитного поля, и получение четвертого уравнения Максвелла за счет обобщения закона Гаусса; введение гауссовой поверхности как модели инструмента для нахождения полей различных конфигураций зарядов, описываемых моделями, введение понятий работы и циркуляции вектора. При рассмотрении энергетических соотношений в электростатике проводится различие в понятиях напряжение и разность потенциалов. Этот факт используется для расчета и построения графиков потенциала различных моделей конфигураций зарядов. В прикладной части модуля предлагаются для изучения классические и актуальные приложения: от электростатического генератора Ван-де Графа до применения в компьютерной, электро- и радиотехнике, в климатической технике. К особенностям модуля «Магнетизм. Третье и начало первого уравнения Максвелла» относится введение понятия «магнитное поле» как частного проявления электромагнитного поля, получение третьего уравнения Максвелла как обобщение закона Гаусса для магнитного поля; установление закона Ампера с использованием аппарата циркуляции вектора магнитной индукции и получение первой части первого уравнения Максвелла, применение закона Ампера для нахождения магнитного поля модели линейного тока в виде соленоида; изучение эффекта Холла, объясняющего появление силы Лоренца. В этом модуле целесообразно рассмотреть приложения, имеющие отношения к электроизмерительным приборам, применения в ускорителях заряженных частиц, применения магнитных материалов электро-радиотехнике и электронике и для магнитной записи информации. При изучении модуля «Классическая электронная теория. Постоянный электрический ток» основное внимание уделяется построению модели металлического проводника как базиса классической электронной теории на основе имеющего высокую концентрацию газа свободных электронов. Рассматривается стационарное электромагнитное поле: его источники и проявления, а также система почти независимых уравнений, которыми описывается стационарное электромагнитное поле. Рассматривается закон Ома для замкнутой цепи, неоднородного и однородного участка цепи. На основе анализа зависимости сопротивления проводника от концентрации и подвижности электронов делается вывод о зависимости электрического сопротивления (проводимости) о температуры. Рассматривается явление сверхпроводимости на основе элементарной модели связанного коллектива взаимодействующих друг с другом электронных пар. Изучение применения терморезисторов в автоматике, контрольно-измерительной аппаратуре, применение сверхпроводников и др. образует комплекс прикладных вопросов этого модуля. Отдельным блоком приложений рассматривается электрический ток в различных средах, в частности: классические приложения (электрометаллургия, вакуумные приборы, газоразрядные трубки), а также принцип действия и применение полупроводниковых приборов, современные технологии на основе органических полупроводников, плазменные панели PDP и их использование в средствах отображения информации и пр. Особенностями модуля «Электромагнитная индукция. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла» является то, что на основе частных моделей электромагнитного поля и с учетом формирования понятия «ток смещения» строится система уравнений Максвелла, использующая доступный математический аппарат сумм и приращений, впервые примененный С. Е. Каменецким.
где
q – электрический заряд,
В качестве частных случаев при анализе этой системы рассматриваются 2 случая – стационарный и статический. Также рассматриваются идеальные модельные условия выполнимости этих уравнений: однородность, линейность, безинерционность, изотропность среды и независимость ее параметров от температуры. В этом модуле рассматриваются такие прикладные вопросы как индукционный нагрев, индукционные плавильные печи, применение электромагнитной индукции в электроакустике магнитогидродинамические (МГД) и др. Следующий модуль «Электромагнитные колебания и волны» обеспечивает систематизацию знаний учащихся по электромагнитным колебаниям: свободные (затухающие), вынужденные, автоколебания. Проводится «токовое», «полевое» и «энергетическое» рассмотрение колебательных процессов в идеальной модели – колебательном контуре. Рассматривается аналогия электромагнитных колебаний и колебаний пружинного и математического маятников. Элементы электротехники цепей переменного тока рассматриваются в прикладной части модуля. В частности, рассматриваются: генерирование переменного тока, конденсатор и катушка в цепи переменного тока, реактивное сопротивление, векторные диаграммы; контур в цепи переменного тока, импеданс, коэффициент мощности; линии электропередач, генератор незатухающих колебаний на транзисторе. В этом модуле рассматривается форма существования электромагнитного поля в виде электромагнитной волны. На основе качественного анализа уравнений Максвелла показывается как гармонические колебания силы тока (заряда) в проводнике возбуждают электромагнитную волну, которая отрывается от источника. Рассматриваются параметры волны – скорость распространения, длина волны, частота, поляризация. На основе применения уравнений Максвелла к модели волны определяется скорость распространения электромагнитной волны. Рассматриваются свойства электромагнитных волн, такие как отражение, преломление (на основе принципа Гюйгенса) и поглощение. Подробно рассматривается интерференция и дифракция электромагнитных волн с использованием аппарата зон Френеля. Рассматриваются границы применимости геометрической оптики, дифракции Френеля и дифракции Фраунгофера. В прикладной части модуля рассматриваются: основные вопросы распространения радиоволн, основные вопросы теории и конструкции излучателей, простейшие передатчик и приемник радиоволн, супергетеродинный приемник, жидкокристаллические (TFT) матрицы, типы, принцип действия и использование в мониторах и TV приемниках, применение радиоволн для средств коммуникаций и в беспроводных сетях, применение радиоволн в мобильных сетях связи, радиолокация и структура современных радиолокационных станций и др. Таким образом, концепт-содержание вводит учащегося в модельный мир физики, знакомит с методами и приложениями физики. Математическая формулировка уравнений Максвелла, ядра электродинамики, реализуется, по крайней мере, для двух частных случаев – стационарного и статического, а также для создания на их основе модели распространяющейся электромагнитной волны и вывода формулы для скорости ее распространения. В шестой главе «Экспериментальное обоснование и проверка результативности методической системы обучения электродинамике учащихся средней школы на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний»дана характеристика этапов педагогического эксперимента, его результатов и показана, что гипотеза исследования подтверждена педагогическим экспериментом(табл. 2). Таблица 2 Организация педагогического эксперимента
Под эффективностью методической системы обучения мы понимаем связь между достигнутыми результатами усвоения раздела «Электродинамика», положительной динамики в развитии интеллектуальных способностей и компетентностей учащихся и использованными ресурсами в виде исследуемой модели этой системы. Показатели эффективности определяются результатами педагогической диагностики. В оценке эффективности можно выделить два основных аспекта: оценку процесса обучения и оценку конечного результата этого же обучения. Таким образом, целями педагогической диагностики является проверка соответствия сконструированной модели методической системы обучения электродинамике в школе реальному учебному процессу, которое осуществляется на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. Система контрольных заданий, предметных тестовых заданий и психологических тестов для оценки хода и результатов обучения школьников на основе авторской модели методической системы обучения включает: - предметные тестовые задания для контроля знаний по электродинамике и сформированности фундаментальных и прикладных знаний; - анкеты и тесты по оценке состояния и динамики изменения мотивационной сферы, общих способностей учащихся; - обучающие тестовые задания (тексты) для формирования и оценки уровня компетентностей школьников. При исследовании уровня сформированности фундаментальных и прикладных знаний учащихся определялись следующие параметры обученности (умения): 1. умение выделить физическое явление; 2. умение применить такие методы, как сравнение, аналогия, симметрия и асимметрия, для начального качественного описания явления; 3. умение построить физическую модель явления на основе таких методов, как абстрагирование и идеализация; 4. умение сформулировать математическую модель явления, определить границы применимости сформулированной модели и реализовать ее; 5. умение смоделировать, организовать и провести эксперимент; 6. умение выделить такие конкретные приложения данного физического явления, в которых на практике реализована данная модель. При исследовании уровня интеллектуального развития и структуры интеллекта определялись следующие параметры личности учащихся: 1. коэффициент интеллекта IQ; 2. структура интеллекта; Так называемый «психологический интеллект», на измерение которого и направлены тесты интеллекта, представляет собой «биологический интеллект» с учетом культурных, образовательных, семейных и социально-экономических факторов, то есть в него как раз и входит результат обучения, в целом влияние среды составляет в интеллектедо 10%. С определенностью отнести положительную динамику на счет влияния какой-либо методики обучения нельзя, поэтому измерение динамики интеллекта в процессе обучения по какой-либо методике носит лишь оценочный характер. Иными словами, при высокой надежности тесты интеллекта обладают по отношению к методике обучения явно низкой валидностью. При исследовании уровня компетентностей определялись следующие умения: 1. умение распознавать проблемы, которые могут быть решены на основе физических знаний, то есть, понимание, осмысление, интерпретация текстов и визуальных изображений в контексте; 2. умение обнаруживать неявную информацию, в том числе на основе междисциплинарного анализа; 3. умение осуществлять выбор одного или нескольких предложенных вариантов решения; 4. умение принимать решение. При диагностике использовались такие методики как анкетирование и тестирование. Для исследования мотивационной сферы использовались: анкета-сочинение и анкетирование по мотивации. Для исследования сформированности теоретических и методологических знаний: тестовые задания «Формулировка моделей объектов изучения раздела «Электродинамика»; тестовые задания «Построение аналогий»; тестовые задания по электродинамике – выборка из тестовых заданий по общей физике для студентов физико-математических специальностей вузов, адаптированные автором для учащихся средней школы и дополненные в соответствии с авторской концепцией структуры раздела «Электродинамика»; тестовые задания ЕГЭ. Для исследования сформированности прикладных знаний тестовые задания «Приложения электродинамики». Для оценки уровня развития интеллектуальных способностей тесты IQ ( по Г. Айзенку); тесты структуры интеллекта Р. Амтхауэра; тестовые задания «Интеллектуальная лабильность» (авторский коллектив Кубанского государственного университета). Для оценки уровня компетентностей – специальные тестовые задания (тексты). Рассматриваются постановка, ход, результаты и статистический анализ результатов педагогического эксперимента по комплексной проверке гипотезы исследования. В педагогическом эксперименте на различных этапах участвовали статистически значимое количество учащихся: непосредственно в экспериментальных группах – 3046 учащихся 10-х и 11-х классов учащихся школ, гимназий и лицеев Нижнего Новгорода, Саранска, Мурома, 40 студентов магистратуры Нижегородского государственного педагогического университета, Шуйского государственного педагогического университета, более 15 учителей школ Нижнего Новгорода и других городов. Представлены этапы, задачи, структура и методика экспериментального исследования,где, в частности, отмечается, что на основе трех положений гипотезы и с учетом диагностического аппарата определились направления экспериментальной работы: - исследовать уровень предметной подготовки школьников, сформированности фундаментальных и прикладных знаний; - исследовать уровень сформированности трех компонент учебно-познавательной компетентности школьников, обучающихся по авторской программе и методике; - исследовать уровень интеллектуального развития и структуры интеллекта школьников, обучающихся по авторской программе и методике. Педагогический эксперимент осуществлялся в три этапа – констатирующий, поисковый, формирующий (обучающий). В диссертации рассмотрены цели и задачи каждого этапа эксперимента и приводятся методы экспериментального исследования, среди которых основное место занимают анкетирование и тестирование. Тестирование проводилось по исследованию мотивационных факторов, по проверке сформированности фундаментальных и прикладных знаний, по проверке качества усвоения фактического материала раздела «Электродинамика», проводилось психологическое тестирование интеллекта, проверка с помощью обучающих текстов уровня развития компетентностей и ряд других исследований. В процессе проведения итогового эксперимента учащимся 10-х и 11-х классов были предложены задания для описания частных моделей в электродинамике. На диаграмме (рис. 3) представлены результаты выполнения тестовых заданий на знание моделей в виде усредненной доли правильных ответов на вопросы заданий.
Как видно из рис. 3, превышение показателей в экспериментальных группах весьма значительное – от 20 до 50%. Учащиеся контрольных групп чаще всего просто не знакомы с большей частью моделей инструментов и моделями механизмов возбуждения и распространения электромагнитных волн.
На рис. 4 представлены результаты выполнения тестовых заданий учащихся по основным проверяемым умениям в процессе моделирования в виде усредненной доли правильных ответов на вопросы заданий.
На оси категорий диаграммы указаны проверяемые умения: 1 – умение определять набор факторов, признаков, характеристик объекта; 2 – умение вырабатывать критерии оценки влияния на поведение объекта; 3 – умение выделять существенные и несущественные факторы объекта в конкретных условиях; 4 – умение определять границы применимости моделей, сопоставлять модель и реальный объект; 5 – умение сформулировать образное и математическое описание моделей. Результаты выполнения тестовых заданий доказывают, что такие методологические знания и умения как построение моделей у учащихся экспериментальных групп сформированы значительно лучше. Следовательно, эффективность авторской методики и содержания электродинамики для формирования методологических знаний доказана. Для исследования степени формирования фундаментальных и прикладных знаний и уровня обученности использовались тестовые задания «Формулировка модели», «Приложения электродинамики», выборка из тестовых заданий ЕГЭ по электродинамике.
На диаграмме показана усредненная доля правильных ответов. Особенно возросло число учащихся, овладевших методологическим компонентом учебно-познавательной компетенции, разница в экспериментальных и контрольных группах составляет 23%, в то время как число учащихся, овладевших прикладной компонентой возросло на 18% в экспериментальной группе по сравнению с контрольной.
Для экспериментального исследования развития интеллектуальных способностей использовались тестовые задания «Интеллектуальная лабильность». Результаты приведены на рис. 6. Выполнение тестовых заданий «Интеллектуальная лабильность» предполагает не только знание фактического материала, но и способность к мысленному анализу отношений между пространственными и знаковыми элементами в условиях задач, к моделированию ситуаций и объектов изучения, к преобразованию полученных знаний. Такие тестовые задания – многофункциональные средства диагностики качества обучения и развития. На радиальных линиях диаграмм, соответствующих различным типам вопросов в соответствии с факторизацией, показаны доли правильных ответов, усредненные по группам учащихся разных школ и по двум типам тестов ИЛ-20 и «Переменный ток». Как видно из диаграмм, учащиеся экспериментальной группы по всем факторам имеют более высокие показатели, превышающие на 10–15% соответствующие показатели у контрольной группы, что свидетельствует о том, что обучение на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний учащихся существенным образом положительно влияет на интеллектуальное развитие учащихся. Преобразование курса «Теория и методика обучения физике» для студентов вуза заключалась во внедрении в образовательный процесс учебных пособий автора и методических рекомендаций к курсу «Экспериментальные основы школьного курса физики». Оценивались умения студентов магистратуры факультета физики, математики и информатики НГПУ использовать на практике методику и содержание обучения электродинамике в школьном курсе физике на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний. Студенты в рамках курса «Методика и практика решения физических задач» обучались принципам разработки тестовых заданий для проверки компетентностей школьников, а также вопросам применения их на практике с целью обучения и контроля знаний учащихся. В главе представлены материалы по обработке результатов педагогического эксперимента методами математической статистики. В качестве одного из показателей эффективности формирования методологических и прикладных знаний учащихся использовались результаты выполнения учащимися экспериментальных и контрольных групп тестовых заданий по электродинамике. Использовался критерий сравнения результатов двух независимых выборок Колмогорова-Смирнова. Этот критерий используется при определении эффективности изучения фундаментальных и прикладных вопросов электродинамики для формирования соответствующих знаний учащихся. Имеется достаточно оснований считать (на уровне значимости 0,05), что предлагаемая в диссертационной работе методика позволяет формировать методологические и прикладные знания учащихся. Проведен анализ результатов интеллектуального развития учащихся в процессе обучения физике по авторской методике и содержанию на основании результатов выполнения тестовых заданий «Интеллектуальная лабильность» методами математической статистики с использованием двухстороннего критерия χ2 (хи-квадрат). Предположение о том, что обучение физике на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний способствует интеллектуальному развитию учащихся можно считать доказанным на уровне значимости 0,05. Метод, основанный на двухвыборочном t–критерии Стьюдента для независимых выборок, использовался для анализа результатов выполнения тестовых заданий для оценки компетентностей. Делается статистически обоснованный вывод о том, что обучение физики на основе синтеза фундаментальных и прикладных знаний, то есть в рамках разработанной модели методической системы способствует развитию компетентностей учащихся при уровне значимости 0,01. Основные результаты и выводы В результате выполненного исследования доказана гипотеза исследования, состоящая в том, что обучение физике в старших классах средней школы будет способствовать развитию интеллектуальных способностей, выработке и развитию учебно-познавательной компетентности учеников средней школы, если обучение будет построено на основе авторской методической системы обучения электродинамике в школе. Получены следующие результаты. 1. Проанализированы тенденции совершенствования обучения физике в школе в отечественной теории и методике обучения физике, показано, что имеются несоответствия между существующими системами обучения электродинамике в школе и современными требованиями к уровню компетентностей и интеллектуальным способностям школьников; 2. Установлены несоответствия высоких требований подготовки учащихся в области электродинамики и недостаточно количество методических разработок для учителей в этой области физики. 3. Разработан и обобщён понятийно-категориальный аппарат, который вводит и расширяет терминологическое пространство исследования, содержащее как общенаучные понятия (компетенция, компетентность, интеллектуальные способности, методология познания), так и специфические, присущие физике как науке (теории, модели, графические интерпретации, приложения электродинамики в технике и др.). Включена в состав компетентностей учебно-познавательной компетентность, состоящая из теоретического, методологического, прикладного компонентов, формируемых у школьников в процессе обучения электродинамике в русле авторской методической системы: - теоретический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения физическими теориями, законами, понятиями; - методологический компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения общими законами методологии познания; - прикладной компонент учебно-познавательной компетентности характеризует уровень овладения приложениями электродинамики в различных областях современной техники. Выделены параметры, характеризующие уровни интеллектуального развития и структуры интеллекта школьников, такие как: а) Коэффициент интеллекта IQ; б) Структура интеллекта; 4. Разработана концепция методической системы обучения электродинамике в средней школе на |
, 2. 
,
, 4. 
– поток вектора 
через замкнутую поверхность,
– поток вектора 
через замкнутую поверхность,
– циркуляция вектора 
– циркуляция вектора 
– электрическая и магнитная постоянные.
