Формирование ключевых компетенций учащихся при выполнении модуль

На правах рукописи

Кириченко Елена Александровна

ФОРМИРОВАНИЕ КЛЮЧЕВЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ УЧАЩИХСЯ

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ МОДУЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ФИЗИКЕ В СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ

13.00.02 – Теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата педагогических наук

Москва 2011

Работа выполнена на кафедре физики и методики ее преподавания факультета прикладной информатики, математики и физики Армавирской государственной педагогической академии

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор

ДЬЯКОВА Елена Анатольевна

Официальные оппоненты:

 

доктор педагогических наук, профессор

Хижнякова Людмила Степановна 

 

кандидат физико-математических

Африна Елена Ильинична 

 

Ведущая организация:

Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет имени Н.Г. Чернышевского.

Зашита состоится « 18 » апреля 2011 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, г. Москва, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119992, г. Москва, ул. М. Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан « » 2011 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Л.А. ПРОЯНЕНКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время приоритетными направлениями развития школьного образования в России стали его демократизация, гуманитаризация, гуманизация, подготовка учащихся к жизни в изменяющихся условиях, формирование у них умения решать возникающие новые, нестандартные проблемы. Цели образования, как неоднократно подчеркивалось в документах ЮНЕСКО, связаны не только с «оптимизацией профессиональной мобильности», но и с созданием человеку условий «быть самим собой», «становиться», стимулируя «постоянное желание учиться и создавать себя». Общество заинтересовано в подготовке выпускников, обладающих не только предметными знаниями и умениями, но и системой ключевых компетенций, позволяющих решать с их помощью проблемы, возникающие в процессе жизнедеятельности.

Одной из приоритетных задач, стоящих сегодня перед системой школьного физического образования, является внедрение компетентностного подхода. Компетентностный подход по своей сущности личностно ориентирован и использует фундаментальные идеи, принципы, категории и технологии личностно ориентированного подхода. Основные идеи компетентностного подхода в школьном образовании отражены в исследованиях В.А. Болотова, С.Г. Воровщикова, В.В. Серикова, А.В. Хуторского, И.С. Якиманской и др.

Поскольку физика является основой научно-технического прогресса, значение физических знаний и роль физики непрерывно возрастают. Методы и средства физического познания востребованы практически во всех областях человеческой деятельности. Применение физических знаний и умений необходимо каждому человеку для решения практических задач повседневной жизни.

Физика – один из школьных предметов, традиционно играющих существенную роль в развитии учащихся, в формировании умения самостоятельно добывать знания и использовать их на практике. Это позволяет утверждать, что физика обладает значительным потенциалом для реализации компетентностного подхода. Существенный вклад в реализацию идей компетентностного подхода должна вносить такая специфическая составляющая физического образования, как лабораторный физический эксперимент. Умение проводить физический эксперимент можно рассматривать как компонент учебно-познавательной компетенции (классификация А.В.Хуторского), конкретизированной на предметной области обучения физике. Кроме формирования умения проводить физический эксперимент, изучение физики, как и любого школьного предмета, позволяет формировать ключевые компетенции (Концепция модернизации российского образования).

Проблемы формирования ключевых компетенций на занятиях по физике рассматривались в работах И.В.Васильевой, С.Ю.Горбатюк, В.Ю.Грук, О.П.Мерзляковой, А.Л.Наумова, Н.И.Сорокиной и др. Однако ни одно из исследований не решало проблему формирования ключевых компетенций в ходе выполнения лабораторных работ по физике, которые бы сочетали реальный и виртуальный физический эксперимент.

Перед лабораторными работами по физике в качестве основной стоит задача формирования умений учащихся проводить физический эксперимент, вместе с ним и во взаимосвязи должны формироваться ключевые компетенции, которые являются универсальными. Например, такие как овладение навыками самоопределения в ситуациях выбора, осознание ценности природы для человека, ценности физического эксперимента для познания природы и развития техники и технологий, значимости физического знания для человечества, умение принимать решения на базе физических знаний, брать на себя ответственность за их последствия.

Особенности формирования у учащихся в процессе обучения физике умения проводить физический эксперимент исследованы в работах классиков Л.И.Анциферова, В.А.Бурова, А.С.Еноховича, П.А.Знаменского, С.Е.Каменецкого, А.А.Покровского, С.Я.Шамаша и др., а также в работах современных исследователей С.В.Еремина, В.В.Клевицкого, Е.С.Кодиковой, Н.В.Кочергиной, А.В.Смирнова, С.В.Степанова и др. В них, в том числе, исследуются аспекты профилизации и индивидуализации обучения, формирования исследовательских умений, использования компьютерного эксперимента и т.п., однако ни в одной из них специально не рассматривалось формирование данного умения на современном уровне требований при выполнении лабораторных работ (т.е. включая частные умения работать с моделями физических процессов, проводить модельный компьютерный эксперимент) и во взаимосвязи с ключевыми компетенциями.

Констатирующий эксперимент показал, что существует необходимость совершенствования процесса формирования у учащихся средней общеобразовательной школы умения проводить физический эксперимент, т.к. уровень овладения им «на выходе» из школы недостаточен. Многие учащиеся выполняют лабораторные работы механически, не задумываясь над смыслом выполнения экспериментального исследования, над содержанием своих действий, их логикой необходимостью, не умеют их обосновать. Смысловые аспекты в лабораторных работах затрагиваются мало. Работа в микрогруппе из двух человек должна формировать у учащихся навыки коммуникации, обучать распределению обязанностей, чего часто не происходит (в лучшем случае – один учащийся выполняет эксперимент, другой записывает). Учителя в качестве причин этого отмечают стремление учащихся действовать с подсказкой учителя, неумение работать быстро, недостаточность теоретических знаний, нехватку оборудования и, как следствие, неумение работать с ним и т.п. Лабораторный компьютерный эксперимент используется от случая к случаю, что не позволяет в достаточной мере формировать умения как получать информацию с помощь современных технологий, так и вступать в коммуникации с интерактивными источниками. Большинство рассмотренных аспектов связаны с составляющими ключевых компетенций, задача формирования которых в школе пока не решена.

Таким образом, были выявлены противоречия:

между требованиями современной парадигмы образования, выдвигающей на первый план идеи получения «образования для жизни», развития учащихся на основе компетентностного подхода, и существующей педагогической практикой, ориентированной, в основном, на формирование знаний и умений;

между необходимостью формирования ключевых компетенций учащихся при обучении физике, в том числе – и при проведении лабораторных работ, и неразработанностью механизмов реализации потенциала лабораторных работ по физике в формировании этих компетенций.

Необходимость разрешения указанных противоречий определяет актуальность исследования и его проблему, которая состоит в поиске ответа на вопрос, какой должна быть методика формирования ключевых компетенций учащихся в процессе выполнения лабораторных работ по физике?

Объектом исследования является методика проведения лабораторного физического эксперимента в общеобразовательной школе.

Первичный анализ проблемы позволил предположить, что применение модульного подхода в лабораторном практикуме будет способствовать разрешению названных противоречий, так как позволит учащемуся в большей степени самостоятельно и активно овладевать умениями и компетенциями.

Предметом исследования является методика формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ в процессе обучения физике в средней общеобразовательной школе.

Целью исследования является обоснование и разработка методики формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике в средней общеобразовательной школе.

Гипотеза исследования: эффективное формирование ключевых компетенций в процессе выполнения лабораторных работ по физике возможно, если

построить их в соответствии с модульной технологией, позволяющей организовать продуктивную самостоятельную работу учащихся, которая является обязательным условием формирования компетенций;

разработать методику реализации модульного обучения при выполнении лабораторных работ по физике на основе компетентностного подхода, предполагающую 1) постановку в лабораторных работах цели формирования конкретных ключевых компетенций, 2) включение в содержание работ не только реального физического эксперимента, но и виртуальных моделей физических процессов, позволяющих в большем объеме формировать информационную, коммуникативную и др. компетенции, 3) разработку модульных лабораторных работ и средств их реализации, которые позволят последовательно и систематично формировать ключевые компетенции на протяжении всего процесса обучения физике в 7-11 классах.

Задачи исследования:

Проанализировать состояние проблемы формирования ключевых компетенций учащихся в процессе обучения физике и, в частности, при выполнении лабораторного физического эксперимента.

Выявить и проанализировать основания и условия внедрения компетентностного подхода в систему школьного физического образования; провести анализ понятий «компетенция» и «компетентность», уточнить компоненты ключевых компетенций, формируемых при выполнении лабораторных работ по физике, уровни сформированности ключевых компетенций в процессе обучения физике.

Выявить и уточнить принципы организации модульного обучения при изучении физики в средней общеобразовательной школе на основе компетентностного подхода и на их основе сформулировать принципы разработки модульных лабораторных работ по физике, определить основные средства реализации модульных лабораторных работ, описать их структуру и содержание.

Разработать модель методики формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике.

Определить особенности и содержание методики формирования ключевых компетенций учащихся в процессе выполнения лабораторных работ по физике.

Проверить эффективность методики формирования ключевых компетенций при выполнении модульных лабораторных работ по физике в курсе физики общеобразовательной школы.

Методологическую основу исследования составили идеи компетентностного подхода в обучении (О.М.Атласова, В.И.Байденко, А.В.Баранников, В.С.Безрукова, Т.В.Иванова, Б.Оскарссон, Дж.Равен, А.В.Хуторской, О.В.Чуракова, С.Е.Шишов и др.); теория и методика модульного обучения (Н.Б.Лаврентьева, П.И.Третьяков, Н.А.Шермадина, М.А.Чошанов, П.Юцявичене и др.); теоретические аспекты методики и техники учебного физического эксперимента (Л.И.Анциферов, Е.С.Кодикова, А.А.Покровский, С.В.Степанов, С.Я.Шамаш, Г.П.Стефанова и др.); теории личностного подхода в образовании (Е.В.Бондаревская, В.И.Данильчук, С.И.Десненко, В.В.Сериков, И.С.Якиманская и др.); теоретические аспекты применения компьютерных технологий в обучении физике (Г.А.Бордовский, Н.Н.Гомулина, Е.А.Дьякова, А.А.Ездов, В.А.Извозчиков, В.В.Лаптев, А.В.Смирнов, Е.С.Тимакина и др.).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: анализ проблемы на основе изучения методологической, педагогической, психологической и методической литературы, анализ и обобщение педагогического опыта, синтез, теоретическое моделирование, компьютерное моделирование, опросно-диагностические методы (беседы, анкетирование и тестирование), констатирующий и формирующий педагогический эксперимент, методы математической обработки результатов.

Научная новизна исследования состоит в том, что в нем:

Обоснована целесообразность применения модульного подхода при формировании ключевых компетенций, связанных со спецификой физического познания, в процессе выполнения лабораторных работ по физике, предполагающих сочетание виртуального и реального экспериментов.

Определены понятия: «модульная лабораторная работа», «электронный модульный лабораторный практикум», введен принцип компетентностно значимых содержания и способов деятельности в модульно-компетентностном подходе.

Уточнено содержание компонентов ключевых компетенций, которые возможно формировать у учащихся в процессе выполнения лабораторных работ по физике.

Определены принципы разработки модульных лабораторных работ по физике (системности, методического сопровождения, комплексности, структурного единства, диагностируемости результатов), на их основе создана модель модульной лабораторной работы по физике, выполнение которой направлено на формирование ключевых компетенций.

Создана модель методики формирования ключевых компетенций при выполнении модульных лабораторных работ по физике.

Разработана методика формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике (предполагающая двухэтапность процесса формирования, описание содержания ключевых компетенций в модуле в деятельностном виде, взаимосвязанное использование реального и виртуального экспериментов при выполнении лабораторных работ, варьирование их сочетания, исходя из условий учебного процесса, дифференцирование содержания заданий по уровню сложности). Основными средствами реализации методики являются модульные программы лабораторных работ по физике для 7-11 классов, электронный модульный лабораторный практикум (ЭМЛП) по физике для учащихся 7-11 классов.

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что результаты исследования вносят вклад в развитие теоретических основ модульного обучения (модульно-компетентностного подхода) за счет:

— обоснования целесообразности сочетания модульного и компетентностного подходов в организации и выполнении лабораторных работ по физике,

— введения принципа компетентностно значимых содержания и способов деятельности в систему принципов модульного обучения;

— разработки модели методики формирования ключевых компетенций при выполнении модульных лабораторных работ по физике;

— уточнения принципов разработки модульных лабораторных работ по физике на основе компетентностного подхода – системности, методического сопровождения, комплексности, структурного единства, диагностируемости результатов;

— введения принципов методического сопровождения, означающего, что к каждой лабораторной работе должны быть даны рекомендации и подобраны вариативные задания по формированию ключевых компетенций, и комплексности, предполагающего включение в модуль лабораторной работы реального и виртуального лабораторных экспериментов, которые могут выполняться одновременно или по выбору учителя.

Практическая значимость результатов исследования заключается в разработке средств реализации методики формирования ключевых компетенций при выполнении модульных лабораторных работ по физике:

модульной программы лабораторных работ,

электронного модульного лабораторного практикума (ЭМЛП), включающего модульные лабораторные работы по физике для 7-11 классов средней общеобразовательной школы, предполагающего использование реального и компьютерного эксперимента,

методических рекомендаций по использованию ЭМЛП.

Использование разработанных учебно-методических материалов позволяет наряду с экспериментальными умениями формировать ключевые компетенции учащихся.

Апробация идей исследования осуществлялась на V, VI и VII международных научных конференциях «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, МПГУ, 2006 г. 2007 г, 2008 г.); на X конференции стран Содружества «Современный физический практикум» (Астрахань, АГУ, 2008 г.); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы взаимодействия науки и практики в развитии образования» (Краснодар, КубГУ, 2008 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Дидактико-методические аспекты современного урока» (Армавир, АГПУ, 2007 г.); на II и ІІІ региональных научно-практических конференциях «Проблемы современного физического образования: школа и вуз» (Армавир, АГПУ, 2007 г., 2009 г.); на региональной научно-практической конференции «Педагогический университет – школа: актуальные проблемы взаимодействия» (Армавир, АГПУ, 2007 г.); на научно-практической конференции «Научные исследования студентов» (Армавир, АГПУ, 2004 г.); на научно-практической конференции «Неделя науки в АГПУ» (Армавир, АГПУ, 2005 г., 2006 г.); на научно-методических, аспирантских семинарах и заседаниях кафедры теории и методики преподавания физики АГПУ (2004-2009 гг.).

Внедрение результатов исследования проводилось с 2004 по 2009 годы на базе средних общеобразовательных учебных заведений гг. Армавира, Новокубанска, Краснодара и др. Краснодарского края.

На защиту выносятся следующие положения.

Лабораторные работы как составная часть процесса обучения физике обладают потенциалом для развития ключевых компетенций учащихся, т.к. предполагают разнообразную и активную самостоятельную деятельность учащихся по получению информации из разных источников и с помощью различных методов, в первую очередь – методов физики; способствуют развитию навыков коммуникации, т.к. предполагают работу в паре, работу с интерактивными источниками информации и т.п.; формируют у учащихся ценностное отношение к физическому эксперименту, к исследовательской деятельности, интерес к физическим процессам и явлениям природы.

Эффективным средством формирования ключевых компетенций учащихся является модульная лабораторная работа по физике с использованием компьютерных моделей – это лабораторная работа, в которой учебный материал представлен в виде модуля с учетом педагогических условий, определяющих подбор и компоновку на модульной основе содержания, форм, методов и средств обучения, обеспечивающих достижение цели обучения. Электронный модульный лабораторный практикум (ЭМЛП)– это цифровой образовательный ресурс, представляющий собой модульную программу лабораторных работ по физике в электронном виде и содержащий модульные лабораторные работы-презентации (с использованием компьютерных моделей) со ссылками на типовые образовательные ресурсы, предназначенные для работы на компьютере, а также тесты для входного тестирования к каждой лабораторной работе.

К принципам модульного обучения (системности, структурного единства, диагностируемости результатов) для более эффективной организации выполнения модульных лабораторных работ по физике на основе компетентностного подхода необходимо добавить принципы методического сопровождения (к каждой лабораторной работе должны быть даны рекомендации и подобраны вариативные задания по формированию ключевых компетенций), компетентностно значимых содержания и способов деятельности (материал урока должен способствовать формированию ключевых компетенций в специально организованной деятельности и с использованием специальных заданий на переформулирование цели, на сопоставление результатов реального и виртуального экспериментов, на взаимопроверку и т.п. и способов их выполнения – по алгоритму, использование только виртуальной модели эксперимента, сначала виртуальной модели, а затем – реального эксперимента или наоборот).

Основой построения личностно-ориентированного учебного процесса является модель методики формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении лабораторных работ по физике, предполагающая выбор учащимися уровня сложности блока эксперимента, уровня сложности заданий блока контроля, варьирование последовательности выполнения реального и виртуального экспериментов. Методика формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении лабораторных работ по физике должна реализовываться на базе электронного модульного лабораторного практикума (ЭМЛП) и предполагает два этапа (основная и средняя (полная) школа). Методика включает описание содержания ключевых компетенций в модуле в деятельностном виде, методические рекомендации по взаимосвязанному использованию реального и виртуального экспериментов, варьированию их сочетания, исходя из условий учебного процесса, дифференцированные по уровню сложности задания. Это позволит последовательно формировать компоненты ключевых компетенций на достаточном уровне (в исследовании выделены три уровня сформированности: низкий – компетенция не сформирована (или сформированы лишь 1-2 ее компоненты), необходимый — сформированы основные компоненты ключевой компетенции, достаточный – сформированы все компоненты).

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст составляет 194 страницы. Работа включает 28 таблиц, 15 диаграмм, 14 рисунков, 4 схемы. В списке литературы 328 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются основные идеи исследования, его объект, предмет, цель, гипотеза и задачи; указываются методы решения поставленных задач, раскрываются новизна, теоретическая и практическая значимость, излагаются основные положения, выносимые на защиту, кратко описано содержание работы, приводятся сведения о ее апробации и имеющихся публикациях.

В первой главе «Теоретические основы разработки модульных лабораторных работ по физике с позиций компетентностного подхода» проведен анализ научно-методической литературы и диссертационных работ по проблемам модульного обучения, формирования умения проводить физический эксперимент, формирования ключевых компетенций учащихся; рассмотрены понятия модуля, модульного обучения, компетенции, ключевой компетенции, компьютерной модели, сформулированы понятия модульной лабораторной работы по физике, модульной программы лабораторных работ по физике; электронного модульного лабораторного практикума; выделены принципы и атрибуты модульного обучения; обоснована целесообразность применения модульного обучения физике в процессе формирования умения учащихся проводить физический эксперимент и ключевых компетенций; выделены его этапы; рассмотрены типы и возможности использования компьютерных моделей в процессе преподавания физики.

С позиций личностно ориентированного обучения (Е.В. Бондаревская, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др.) и анализа оснований и условий внедрения модульного и компетентностного подходов в систему школьного физического образования выявлены сущность модульного обучения и компетентностного подхода. Реализация в обучении первого подхода позволяет учащемуся активно и в большей степени самостоятельно овладевать знаниями, умениями и компетенциями, второго – для учителя ориентироваться на продуктивное развитие учащегося, источник которого находится в нем самом, повышение возможностей формирования его личности, способности к адаптации в современном обществе.

Модульное обучение физике – организация учебного процесса, при которой учебная информация разделяется на модули, а совокупность педагогических условий определяет подбор и компоновку на модульной основе содержания, форм, методов и средств обучения, обеспечивая комфортные субъект-субъектные отношения учителя и учащихся в процессе достижения эффективного результата формирования знаний, умений и навыков по физике (а также ключевых компетенций – в связи с новым подходом в образовании). В рамках нашего исследования предполагается модульное построение подсистемы лабораторных работ по физике, которое позволяет более эффективно формировать умение проводить физический эксперимент и компетенции учащихся. Это обусловлено его направленностью на развитие субъектности и самостоятельности обучающихся, выражающейся в создании при выполнении лабораторных работ условий, обеспечивающих возможности выполнять модули – лабораторные работы (с компьютерными моделями) во внеурочное время, индивидуализировать выполняемую деятельность по содержанию обучения, по темпу усвоения, по уровню самостоятельности, дифференцировать задания и т.п. В соответствии с целью исследования систему принципов модульного обучения П.А.Юцявичене, мы дополнили принципом компетентностно значимых содержания обучения и способов деятельности (в содержание блоков модулей включаются задания, выполнение которых предполагает овладение конкретной ключевой компетенцией, предусмотрены способы деятельности, обеспечивающие приобретение учащимися личного опыта применения полученных знаний и представлений в конкретных ситуациях, выработку смыслов).

Само умение формируется преимущественно в ходе выполнения лабораторных работ, но основы его закладываются и при проведении демонстрационного эксперимента. В состав обобщенного умения проводить физический эксперимент входят частные умения (действия): формулировать цель эксперимента, выдвигать гипотезу; проектировать эксперимент; планировать эксперимент; работать с приборами; собирать установку / работать с виртуальной моделью; наблюдать и собирать данные; рассчитывать погрешности, устанавливать связи, формулировать выводы; оформлять отчет.

Некоторые из перечисленных умений (как показано в работе) тесно связаны с учебно-познавательной и информационной, а также коммуникативной и ценностно-смысловой ключевыми компетенциями учащихся. Таким образом, можно говорить о вкладе лабораторных работ по физике в формирование умения проводить физический эксперимент и ключевых компетенций. В исследовании мы рассматриваем формирование ценностно-смысловой, информационной и коммуникативной компетенций, т.к. первая из них является ведущей при переориентации процесса обучения преимущественно на самостоятельную работу учащихся (исследование ее формирования в школе в обучении физике не проводилось); выбор информационной компетенции обусловлен ее приоритетностью в современном мире (компьютерные модели можно рассматривать как одно из современных средств получения информации); формирование в ходе физического эксперимента третьей – коммуникативной компетенции – рассматривалось А.Л.Наумовым, И.В.Васильевой, но только для основной школы.

В число «ключевых компетенций для Европы» включены компетенции, ключевыми словами в которых являются «изучать», «искать», «думать», «сотрудничать», «приниматься за дело», «адаптироваться». Система компетенций А.В. Хуторского, принятая нами за основу, находится с ними в определенном соответствии: ценностно-смысловая компетенция соотносится со словами «думать» и «адаптироваться», информационная – «изучать» и «искать», коммуникативная – «сотрудничать» и «приниматься за дело». Выбранные для проверки в нашем эксперименте три компетенции также можно соотнести с тремя разнородными группами, каждая из которых связана с умениями разрешать основные жизненные проблемы – выбора (личностная сторона), познания (деятельностная сторона) и коммуникации в разных ситуациях (социальная сторона).

Сочетание модульного и компетентностного подходов можно представить как модульно-компетентностный подход в физическом образовании (в настоящее время это понятие используется рядом исследователей – Н.Ю.Посталюк, Т.Г. Ваганова и др.), предполагающий такую организацию учебного процесса по физике, при которой в качестве цели обучения выступает совокупность компетенций учащихся, а в качестве средств достижения цели – модульное построение содержания и структуры процесса обучения физике. Специфичность физического образования – в обязательности физического эксперимента, предпочтительнее – самостоятельного. Модульные лабораторные работы содержат взаимозаменяемые и легко комбинируемые субмодули – учебные элементы (Учебные элементы – УЭ – структурные единицы учебной дисциплины, включающие интегрирующую дидактическую цель, логически завершенную единицу учебного материала, методическое руководство и систему контроля знаний). В частности – реальный и компьютерный физические эксперименты. Модульные лабораторные работы собраны в модульную программу и тоже могут варьироваться в ходе реального учебного процесса.

Традиционно процесс обучения физике имеет 2 ступени – основная и средняя (полная) школа. Формирование экспериментального умения и ключевых компетенций при изучении физики также проходит в 2 этапа.

7-9 классы. Формирование отдельных компонентов экспериментального умения и вклад в формирование отдельных элементов ключевых компетенций (ценностоно-смысловой (ЦСК), информационной (ИК) и коммуникативной (КК)), которые, в соответствии с возрастными особенностями учащихся, преимущественно развиваются в личностном общении (при выполнении лабораторных работ по физике в паре или группе), связаны с проявлением самостоятельности, осознанием значимости выполняемой деятельности при выполнении лабораторных работ по физике (на базе формирования основных мыслительных операций; знаний, умений, навыков, отношений и опыта, соответствующих базовому уровню образования); предпочтительнее использование реального физического эксперимента, но параллельно можно использовать и виртуальный – где он более информативен и позволяет время.

10-11 классы. Формирование умения проводить физический эксперимент и повышение уровня сформированности ключевых компетенций (ЦСК, ИК, КК) с опорой на стремление учащихся к самоопределению, самореализации, самообразованию, профильную ориентацию (при выборе профессий так или иначе связанных с учебным предметом «физика») и обязательный минимум содержания общего образования (либо образования расширенного или углубленного уровня в соответствии с профилем обучения); виртуальный эксперимент используется чаще – и в силу необходимости достижения современного уровня требований к подготовке учащихся, и в силу специфики учебного материала.

Различаются эти два этапа степенью общности и целостностью сформированного умения проводить физический эксперимент, а также вкладом в развитие ключевых компетенций. Рассмотрим эти различия на примере.

В 7-9 классах формируются следующие компоненты умения выполнять физический эксперимент (за основу взяты компоненты, выявленные Е.С. Кодиковой): принимать или формулировать цель эксперимента; выдвигать гипотезу; проектировать эксперимент; подбирать необходимое для эксперимента оборудование; собирать экспериментальную установку; работать с приборами, реальными и виртуальными (определять цену деления шкалы прибора; наблюдать за ходом эксперимента; использовать измерительные приборы для измерения физических величин; учитывать погрешность измерения); рассчитывать абсолютную погрешность; устанавливать связь между физическими величинами на основании опытов; делать выводы на основе полученных результатов эксперимента; оформлять отчет о работе (выполнение записей и зарисовок, вычислений, построение графиков и диаграмм по таблицам). Кроме этого, должны развиваться умения использовать таблицы, справочники, учебную и техническую литературу, электронные средства информации, сотрудничать, осуществлять самоконтроль и пр., которые мы относим к ключевым компетенциям.

На следующем этапе – в 10-11 классах – данное умение становится завершенным, формируются входящие в него (кроме названных) умения производить оценку вариантов выполнения эксперимента и выбирать оптимальный; строить модели (пользоваться виртуальными моделями экспериментов), устанавливать границы их применимости; проектировать эксперимент (составлять принципиальную схему установки и самостоятельно определять ее параметры); вычислять абсолютную и относительную погрешности измерения; применять полученные знания на практике (для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия важнейших технических устройств, для решения физических задач, в т.ч. умение решать экспериментальные задачи различного уровня сложности).

На первом этапе в ходе лабораторных работ по физике возможно формирование следующих компонентов ценностно-смысловой компетенции (ЦСК):

Умение видеть и понимать окружающий мир природы и техники, ориентироваться в нем, т.е. находить и объяснять рассматриваемое физическое явление или процесс, понимать смысл лабораторного исследования, его отличие от природного процесса;

Осознание с позиций физики своей роли и возможного влияния на природный мир, ценности природы для человека, понимание возможности воспроизводства в лабораторных условиях реальных физических явлений, а значит – и их изучения;

Умение выбирать целевые установки своих действий, понимание необходимости определенного запаса знаний по физике для повседневной жизни, понимание смысла тех действий, которые выполняются в ходе лабораторной работы и запланированы в инструкции: каждое действие в исследовании целенаправленно.

На втором этапе, предполагающем предварительную профессиональную ориентацию учащихся, в ЦСК с помощью расстановки специальных акцентов в ходе лабораторного эксперимента развиваются компоненты:

Умение формулировать собственные ценностные ориентиры по отношению к учебному предмету физике и сферам деятельности, с ней связанным, в лабораторной работе – выбрать вариант выполнения – индивидуально (по очереди) или разделив обязанности в микрогруппе (II компонент);

Владение навыками самоопределения в ситуациях выбора – при решении физических задач, участии в творческой деятельности, распределении ролей в физическом эксперименте, самостоятельном анализе результатов эксперимента и самостоятельной формулировке вывода и пр. (III компонент);

Осознание ценности природы для человека (I компонент);

Осознание ценности физического эксперимента для познания природы и развития техники и технологий, в том числе — как источника знаний и умений, а значит – развития человека (I компонент);

Осознание значимости физического знания для человечества, того, что лабораторный эксперимент повторяет научный, который является отправной точкой не только понимания природных явлений, но и создания технических устройств, разработки технологий для производства (I компонент);

Умение принимать решения на базе физических знаний, брать на себя ответственность за их последствия, понимание, что результаты лабораторной работы зависят как от имеющихся знаний у экспериментатора, так и от осознанности и аккуратности реализации ее этапов (III компонент).

В скобках указан трансформирующийся в ходе развития компонент первого этапа. Акцентирование происходит при включении вопросов-заданий типа: «Почему автомобилисты на трассах снижают скорость, как только начинается дождь?», «Вспомните описание эксперимента Фарадея при изучении явления электромагнитной индукции, чем отличается проводимый вами эксперимент?».

Основным средством реализации методики является модульная лабораторная работа – лабораторная работа, в которой учебный материал представлен в виде модуля, состоящего из отдельных УЭ, каждый из которых направлен на достижение частной дидактической цели, а все вместе – на достижение интегрирующей цели модуля. УЭ могут варьироваться по желанию учителя и ученика (при самостоятельном выполнении работы, компьютерный эксперимент – многократно повторяться. Совокупность педагогических условий (за основу взяты условия, сформулированные в исследовании В.И. Андреева) определяет подбор и компоновку на модульной основе содержания, форм, методов и средств обучения, обеспечивающих достижение целей работы. Одним из необходимых средств обучения является компьютерная модель физического явления или процесса, используемая в качестве экспериментальной установки, наряду с реальным экспериментом. При подборе моделей для модульных лабораторных работ из электронных образовательных ресурсов мы руководствовались следующими требованиями, сформулированными и обоснованными в исследовании:

— корректно и объективно отображать физический объект, процесс;

— иметь достаточные возможности для управления протеканием смоделированного с помощью компьютера процесса, чтобы провести его исследование;

— соответствовать уровню познавательных способностей учащихся;

— предоставлять возможность отработки базовых экспериментальных умений и навыков;

— иметь простой и понятный интерфейс;

— обеспечивать индивидуализацию и дифференциацию обучения;

— обеспечивать развитие навыков самостоятельной работы и самоконтроля;

— стимулировать исследовательскую деятельность учащихся.

Несмотря на то, что многие требования к моделям известны в теории информатизации образования, созданные к настоящему времени программные продукты (интерактивные модели) далеко не всегда им соответствуют. Примеры анализа моделей приведены в диссертации.

Во второй главе «Методика формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике» сформулированы принципы разработки модульных лабораторных работ по физике с использованием компьютерных моделей в контексте компетентностного подхода, разработана модель модульной лабораторной работы по физике, определены содержание, структура, функции отдельных блоков, дана характеристика структурных компонентов, охарактеризованы особенности формирования ключевых компетенций учащихся (ценностно-смысловой, информационной, коммуникативной) на модульных лабораторных работах по физике, приведены примеры ее реализации.

Для осуществления процесса формирования экспериментальных умений и ключевых компетенций учащихся разработаны 2 модели: модель «лабораторной» составляющей личностно-ориентированной (модульной) среды обучения, обеспечивающей формирование ключевых компетенций на модульных лабораторных работах по физике и модель методики формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике (Сх.1). В число принципов разработки модульных лабораторных работ по физике включены следующие: системности, методического сопровождения, комплексности, структурного единства, диагностируемости результатов.

Суть методики формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике заключается в одновременном взаимосвязанном формировании экспериментальных умений и ключевых компетенций, для чего, кроме заданий, направленных на формирование компонентов умения выполнять физический эксперимент, почти в каждый УЭ (блок) обязательно включаются вопросы и задания, которые направлены: на рассмотрение ценностно-смысловых аспектов физического содержания лабораторной работы или экспериментальной деятельности, на развитие навыков коммуникации (для этого планируются разные формы деятельности), умений и навыков работы с информацией (в работе с компьютерными моделями, самостоятельной работе с ЭМЛП), т.е. составляющих ключевых компетенций.

Схема 1. Модель методики формирования ключевых компетенций учащихся

при выполнении модульных лабораторных работ по физике

В самой модульной лабораторной работе для учителя и учащегося компетенции, формированию которых, как предполагается, будет способствовать работа, указываются, но с учащимися не обсуждаются (для них дана лишь интегрирующая цель, представленная в качестве результатов деятельности).

Существуют различные подходы к структурированию модулей. Модель модульной лабораторной работы представлена в таблице 1. Она позволяет учащемуся осознанно выполнять необходимые при выполнении физического эксперимента виды деятельности, а учителю – при необходимости полностью контролировать это процесс на любом этапе.

Таблица 1.

Модель модульной лабораторной работы

Название блока

№ УЭ

Функции блока

Блок

предварительного обобщения

УЭ0

постановка проблемы, на решение которой направлена лабораторная работа;

системное представление структуры данной модульной лабораторной работы

Блок входа

(входной контроль)

УЭ1

допуск в модульную лабораторную работу через актуализацию тех опорных знаний, умений и навыков, которые необходимы для усвоения данной работы.

Блок

эксперимента

УЭ2

изложение основного содержания данной модульной лабораторной работы в бланке лабораторной работы;

формирование и развитие ключевых компетенций: ЦСК, ОК; УПК; ИК; КК; СТК; КЛС;

формирование и развитие компонентов экспериментального умения, навыков.

Теоретический

блок

УЭ3

обобщение содержания теоретического материала данной модульной лабораторной работы, путем сжатия информации и представления ее в удобном для запоминания виде;

предоставление дополнительного и справочного материала по теме.

Блок выхода

(выходной контроль)

УЭ4

обучающая;

контролирующая;

обратной связи.

В исследовании подробно рассмотрено, каким образом при выполнении лабораторных работ по физике можно способствовать формированию ценностно-смысловой компетенции (предполагается формирование индивидуальной образовательной траектории посредством уровневой дифференциации содержания модуля лабораторной работы, подбора заданий на уяснение смыслов), информационной компетенции (предполагается формирование умения самостоятельно искать, анализировать, отбирать и передавать информацию по физике – получать информацию при работе с компьютерными моделями физических объектов и процессов, работать с таблицами, формулировать выводы по лабораторной работе и пр.), коммуникативной компетенции (предполагается формирование навыков работы в паре в ходе физического исследования, вступать в диалог по поводу проводимого исследования и пр.). Для этого в каждой лабораторной работе предусмотрены специальные задания, в том числе – двух уровней сложности.

Для каждого класса была составлена модульная программа лабораторных работ по физике с использованием компьютерных моделей, разработан электронный модульный лабораторный практикум (ЭМЛП) по физике для учащихся 7-11 классов. Модульная программа лабораторных работ – это дидактическая система лабораторных работ, которая охватывает весь курс обучения физике и состоит из следующих структурных элементов: описание модульной программы (цели, задачи, формы, методы, оборудование и программно-методическое обеспечение, указание рекомендуемых для использования электронных компьютерных изданий по физике); методическое руководство для педагога (с указанием компетенций) и учащихся; комплект модулей, входящих в состав программы; компьютерные тесты для трехступенчатой оценки результатов обучения (входного и выходного контроля по каждому модулю, итогового контроля ко всей модульной программе). ЭМЛП – это цифровой образовательный ресурс, представляющий собой модульную программу лабораторных работ по физике в электронном виде и содержащий модульные лабораторные работы-презентации, предназначенные для работы на компьютере, тесты для входного тестирования к каждой лабораторной работе.

При выполнении модульных лабораторных работ учитель может предложить учащимся выполнить оба вида эксперимента – реальный и компьютерный, либо один из них. Кроме того, учащийся может самостоятельно работать по модульной программе дома. В исследовании обосновано, что реализацию модульно-компетентностного подхода целесообразно начинать с 7 класса, но переход к модульному обучению необходимо осуществлять постепенно, так как у учащихся 7 класса навыки самостоятельной работы сформированы недостаточно.

Методика формирования ключевых компетенций учащихся при выполнении модульных лабораторных работ по физике предполагает первоначально обязательный контроль учителем выполнения заданий в учебных элементах, затем контроль постепенно переходит к группе (работы выполняются в парах) и к самому учащемуся (при этом учитель в любой момент может попросить любого учащегося в группе пояснить суть выполняемых действий, полученные результаты). Рост самостоятельности формирует у учащихся навыки рефлексии своих действий, ответственность за выполняемую работу. Основные позиции реализации данной методики с помощью модульной программы приведены в таблице 2.

Каждая модульная лабораторная работа представлена в электронном и печатном виде. В печатном виде модульную лабораторную работу можно использовать и при отсутствии компьютера (с реальным экспериментом). В электронном виде ее можно выполнять на компьютере. Рабочие листы к лабораторным работам, разработанные в ходе исследования и заполняемые учениками на уроке, полностью заменяют рабочую тетрадь для лабораторных работ.

Таблица 2.

Методика формирования ключевых компетенций учащихся с помощью модульной программы в 7 -9 классах построенная с учетом идей компетентностного подхода

Компетенция

Ключевые моменты методики

Ценностно-смысловая компетенция.

Цель: осмысленная организация учащимися собственной деятельности, уметь выбирать целевые установки своих действий и поступков, осознание роли экспериментального познания в формировании собственной ценностно-смысловой сферы

Вначале модульная лабораторная работа выдается в печатном виде для ознакомления, указывается материал для самостоятельного опережающего изучения и некоторые задачи УЭ4 для выполнения заранее (по желанию).

Предлагается сформулировать или переформулировать в более развернутом виде цели лабораторной работы (происходит осмысливание возможных действий и результатов).

Учащимся указывается на личностную значимость знаний, умений и навыков, которые будут формироваться у учащихся при выполнении лабораторной работы, либо – в 8-9 классах – предлагается определить эту значимость самостоятельно.

Информационная компетенция

Цель: формирование умений самостоятельно отбирать, обрабатывать и передавать необходимую информацию физического характера, работать с компьютерными моделями физических объектов, изучать свойства объектов, явлений и процессов на основе компьютерных моделей, с печатными носителями (модульными лабораторными работами), с книгой.

Учитель обращает внимание учащихся на способы их взаимодействия с той или иной моделью или установкой.

У учащихся формируется умение самостоятельно искать и отбирать нужную информацию, используя модульную лабораторную работу как информационную систему: работа имеет теоретическую (справочную) часть, в которой содержится необходимая информация к эксперименту — формулы и др. справочный материал по теме (отрабатывается навык работы с электронным и/или печатным информационным носителем).

Учащиеся учатся работать с готовыми программными средствами по физике, проводя физические эксперименты на компьютере и проверяя их результаты в реальном опыте, тем самым учащиеся получают представление о методе моделирования в физике, о возможности получать информацию из эксперимента с моделью.

Учащиеся часть заданий выходного контроля выполняют с помощью компьютерной модели (этот пункт не является обязательным).

При возникновении проблемной ситуации на любом этапе выполнения работы ученики могут обратиться к соответствующему учебному элементу модуля с теорией для поиска подсказки либо недостающих знаний.

Коммуникативная компетенция.

Цель: формирование умения доказывать собственное мнение, вести диалог, формирование умений правильно задать вопрос, проанализировать результаты деятельности, совершенствовать навыки работы в паре, группе

Учитель разбивает класс на пары для выполнения лабораторной работы. Первоначально учитель сам контролирует работу в каждой группе или паре, постепенно увеличивая долю самостоятельности, оставляя за собой лишь координирующую функцию.

В парах у каждого свой вариант задания, поэтому учащимся приходиться учиться работать с моделью по очереди, устанавливать коммуникации, соблюдая права товарища.

При вовлечении в работу учащихся, у которых возникают затруднения, более подготовленный в паре помогает партнеру (решается задача выполнения работы учащимися с помощью совместно используемого средства).

Работа с реальным экспериментом производится в той же паре, это позволяет формировать навыки совместной работы, умение высказывать и отстаивать собственное мнение (при выполнении эксперимента).

На этапе выходного контроля учащиеся должны кратко проанализировать результаты выполнения лабораторной работы (резюме), сформулировать выводы – доля самостоятельности в этом увеличивается постепенно. Обязательно открытое обсуждение выводов в классе – учащиеся учатся формулировать свои мысли публично, кратко и понятно для всех.

Приведем фрагмент рабочего листа модульной лабораторной работы обязательного уровня (для 10-го класса) «Опытная проверка закона Гей-Люссака» (практическое задание 1 для компьютерного эксперимента и практическое задание 2 для реального эксперимента) и интерфейс интерактивной компьютерной модели, используемой в этой работе (рис. 1).

УЭ2.1 (обязательный уровень) Бланк №3

Класс _______ Фамилия______________________ Имя___________________



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст