- разработаны теоретические основы содержания и методики обучения решению физических задач, направленные на уменьшение индивидуальных различий в успешности решения задач с разной формой представления условия.
Научная новизна исследования:
- впервые исследовано влияние формы представления условия физической задачи на успешность ее решения старшеклассниками и студентами младших курсов;
- установлено, что форма представления условия физической задачи практически не влияет на средние показатели успешности ее решения группой старшеклассников или студентов младших курсов, но существенно влияет на индивидуальную успешность ее решения;
-доказано, что в соответствии с педагогическими принципами гуманизации, индивидуализации, дифференцирования обучения и с целью повышения его эффективности в части обучения решению физических задач, его следует осуществлять индивидуально с учетом особенностей деятельности обучаемого по решению физических задач с разной формой представления условия.
Практическая значимость исследования определяется положительными результатами внедрения его материалов и рекомендаций в учебный процесс средних школ №№ 33 и 54 г.Рязани и Рязанского военного автомобильного института, в частности:
- дидактических средств и методики диагностики зависимости успешности решения физических задач старшеклассниками и студентами младших курсов от формы представления их условий;
- дидактических средств и методики корректирующего обучения решению физических задач с учетом особенностей реакции учащихся на форму представления условия.
Разработанный комплекс методов и средств позволяет индивидуально подходить к обучению решению физических задач, осуществлять личностно-ориентированный подход к каждому ученику, повысить мотивацию учения и эффективность учебного процесса, увязывать индивидуальные особенности обучаемых с предстоящей реальной практикой.
Достоверность научных положений и выводов обеспечены: обоснованностью исходных идей исследования - с опорой на признанные положения педагогики и психологии; применением комплекса методов, адекватных цели, предмету и задачам исследования; выполнением требований, предъявляемых к организации и проведению педагогического эксперимента, в частности, репрезентативностью выборок и использованием стандартных методов математической обработки данных эксперимента.
На защиту выносятся:
Положение о том, что форма представления условия физической задачи - важный фактор обучения старшеклассников и студентов младших курсов, формирующий способность формулировать и распознавать технические и технологические задачи как физические в последующей профессиональной деятельности.
2. Положение о том, что форма представления условия физической задачи слабо влияет на средние показатели успешности ее решения группой старшеклассников или студентов младших курсов, но существенно влияет на индивидуальную успешность ее решения, что предопределяет необходимость индивидуализации обучения решению задач.
3. Положение о возможности интеграции личностно-ориентированного, деятельностного, антропологического и аксиологического подходов путем индивидуализации обучения старшеклассников и студентов младших курсов решению физических задач при разных формах представления их условий.
4. Методика диагностики индивидуальной учебной деятельности старшеклассников и студентов младших курсов по решению физических задач, включающая проверку знаний базовых законов и формул, необходимых для их решения, оценку времени, необходимого для тестирования и интервалов между тестированиями, и определение успешности как отношения числа правильно решенных задач из тех, для решения которых обучаемый имеет базовые знания, к полному числу задач, для решения которых обучаемый имеет базовые знания.
5. Дидактические средства для диагностики успешности индивидуальной учебной деятельности старшеклассников и студентов младших курсов по решению физических задач (тест оценки знаниевого компонента, тесты, содержащие одноходовые задачи с близкими сюжетами, но разной формой представления условия).
6. Дидактические средства для индивидуального обучения решению физических задач старшеклассников и студентов младших курсов, содержащие задачи с такими требованиями, формами представления условий и исходными данными, для которых, по результатам предшествующей диагностики, характерна наименьшая успешность решения.
Апробация результатов исследования.
Результаты исследований докладывались на научно-методических конференциях «Проблемы и пути обеспечения качества подготовки офицеров автомобильной службы в условиях перехода на новый государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования» (Рязань, РВАИ, 2001г.), «Профессионально-ориентированное обучение: проблемы, пути решения и перспективы развития» (Рязань, РВАИ, 2002г.), «Повышение качества подготовки офицеров автомобильной службы в условиях реформирования военного образования. Проблемы совершенствования информационно-методического обеспечения учебного процесса в институте» (Рязань, РВАИ, 2003г.), седьмой международной конференции «Физика в системе современного образования» ФССО-3 (Санкт-Петербург, 2003г.), V и VI Международных научно-методических конференциях «Высокие технологии в педагогическом процессе» (Нижний Новгород, 2004г., 2005г.), IХ Международной научно-методической конференции «Университетское образование» (Пенза, 2005г.), III Межвузовской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Новые технологии в учебном процессе и производстве» (Рязань, 2005) и опубликованы в одиннадцати работах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации составляет 183 страницы, из них основного текста 134 страницы, 2 таблицы, 16 рисунков. Список использованной литературы включает 142 наименования.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются объект и предмет исследования, формулируются его цель и гипотеза, определяются задачи и методы исследования, представляются полученные в нем новые научные результаты, их практическая значимость, достоверность и обоснованность, выдвигаются научные положения, выносимые на защиту. Приводятся сведения об апробации исследования, структуре и содержании диссертации.
В первой главе «Категория задачи и ее значение для психолого-педагогических исследований» на основе изучения литературы произведен анализ психологических и методических аспектов деятельности учащегося в процессе решения физических задач, условия которых представлены в различной форме (вербально, эскизно и графически).
Вторая глава «Теоретическое обоснование выбора формы представления физических задач для учащихся старших классов и студентов вузов и методов исследования ее влияния на успешность решения задач» посвящена теоретическому обоснованию выбора формы представления условий физических задач, методических основ диагностики успешности их решения в зависимости от формы представления условий, разработке теоретических основ корректирующего обучения на основе данных диагностики. Рассмотрены некоторые элементы теории тестирования и математической статистики в объеме, необходимом для педагогических исследований и обработки результатов данной диссертационной работы.
В третьей главе «Организация и проведение педагогического эксперимента» раскрывается сущность различных этапов педагогического эксперимента: констатирующего (1998 - 2003гг.), формирующего (2003 - 2004гг.) и контрольного (2004 - 2005гг.).
Успешность учебной деятельности в части распознавания, формулирования и решения задачи зависит от того, как именно форма представления ее условия коррелирует с интеллектуальными и психическими особенностями обучаемых, в которых можно вычленить общее и индивидуальное. Отсюда гипотеза, что на базе таких данных, полученных для больших выборок обучаемых разного уровня, и должны строиться задачники. Анализ существующих задачников по физике для учащихся средних школ и студентов вузов в отношении формы представления условия задач приводит к следующим выводам:
- только порядка 10-15% задач от их общего количества имеют в своем условии элементы графики (эскиз, чертеж, график);
- этот относительно небольшой графический материал можно разделить на три типа: рисунки, иллюстрирующие сюжет задачи, но не отражающие ее физической структуры; эскизы, отражающие количественные соотношения между данными задачи в обобщенном виде; графики, отражающие количественные соотношения между данными.
Эти элементы используются не только мало, но и методически недостаточно обоснованно, что ограничивает педагогические возможности такой формы, в частности, в отношении задач, которые встречаются в последующей профессиональной деятельности. В результате графическая форма, выражающая в обобщенном виде абстрагированные взаимоотношения между элементами задачи, зачастую оказывается трудна для понимания учащимися, которые не получили в этом отношении целенаправленной подготовки. Очевидно, для того, чтобы формы графической наглядности стали действенным средством решения физических задач, необходимо пересмотреть как структуру задачников, так и методические подходы к обучению в части формы представления условий.
Физическая задача - это сюжет, представляющий собой модель процесса или явления. Ее конечное назначение - обучить распознаванию, формулированию и решению технических и технологических задач как физических. В этом заключается одна из основных целей курса физики в старших классах средней школы и младших курсов технических вузов. Поэтому условия учебных задач должны отражать возможные варианты их возникновения в последующей реальной деятельности, в том числе профессиональной.
Эскизное представление условия задачи приводится в виде такого схематического рисунка, который визуально представляет основные данные и их отношения, то есть в обобщенном и абстрагированном виде отражает структуру задачи.
Графическое представление условия задачи является в еще большей степени обобщенным и абстрагированным выражением содержащихся в ней зависимостей. Оно является таким наглядным средством, которое переводит решение задачи в некий конкретный план, который, однако, носит весьма относительный характер. При этом наглядный образ претерпевает в мышлении существенную схематизацию, которая в графике получает завершение.
Решение задачи начинается с ее «опознавания», а далее субъект учения должен выделить ту «задачную структуру», которая соответствует реальной структуре задачи. Это наиболее трудные этапы в решении задачи и именно здесь значительную роль играет форма представления условия. Возможно, что, например, при эскизной или графической форме представления условия возникает фиксированность внимания на несущественных деталях содержания: она как бы заслоняет собой существенные детали, учащиеся не вычленяют нужного соотношения данных и, что самое главное, не переводят всей задачи в план абстрактных физических категорий.
Для диагностики способностей учащихся к распознаванию и решению физических задач наиболее рациональным средством представляется тестирование. Оно позволяет объективно и оперативно оценить эти способности в большом контингенте учащихся, то есть осуществить не только качественную, но и количественную оценку. В связи с этим разработан пакет, содержащий три теста по 25 «одноходовых» задач, в которых каждый сюжет, соответствующий определенному физическому закону или формуле, представлен вербально, графически или эскизом. Для решения любой задачи каждого теста достаточно распознать в условии и применить одну-единственную формулу без последующих сложных логических шагов и математических преобразований.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к тестам, все разработанные задания, независимо от формы представления условия, легко читаются и не воспроизводят формулировок, данных в учебниках. Знания одних заданий не зависят от знания других. Формулировки заданий не содержат двусмысленностей, а тем более «ловушек». Ответы на одни задания не являются подсказками к решению других, причем правильные ответы распределяются рандомизированно.
С целью исключения из дальнейшего анализа тех задач, которые испытуемый не решил не из-за индивидуальных особенностей распознавания и мышления, а из-за отсутствия в памяти самого предмета распознавания, разработан и применен дополнительный контрольный тест, напрямую (не в виде задач) проверяющий знания, необходимые для решения задач.
Контрольный тест ориентирован на все физические формулы и законы, которые положены в основу сюжетов задач диагностических тестов. В него также включены вопросы, проверяющие математические знания, которые требуются для успешного решения задач диагностических тестов.
Время, отводимое на выполнение заданий, определялось путем обобщения теоретических и экспериментальных данных.
На первых этапах эксперимента каждый участник указывал время выполнения теста. Анализ данных выявил: 21% участников сдали задания за время менее 60 минут; порядка 77% - до 90 минут; менее 2% - до 100 минут. В дальнейших исследованиях на выполнение тестовых заданий всем участникам выделялось до 90 минут.
Поскольку в разных тестах с разной формой условия представлен один и тот же сюжет, необходимо было установить еще и такой интервал между тестированиями, чтобы испытуемые не распознавали идентичность сюжетов и искомых соотношений в предложенном тесте и предыдущих. В противном случае на результатах последующего тестирования сказывались бы итоги предыдущего, по окончании которого испытуемые обмениваются мнениями, взаимно влияя друг на друга в отношении осмысления решенных задач и нарушая тем самым представление об их независимости.