ТЕХНОЛОГІЯ ВИВЧЕННЯ ТЕОРЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ З МЕХАНІКИ У КЛАСАХ ФІЗИКО-МАТЕМАТИЧНОГО ПРОФІЛЮ Автореферат

У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, визначено об’єкт, предмет, мету та методи дослідження, розкрито наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі — “Психолого-педагогічні засади технологізації вивчення теоретичного матеріалу при поглибленому навчанні фізики” — на основі аналізу психолого-педагогічної та методичної літератури зроблено огляд становлення методики вивчення теоретичного матеріалу курсу фізики середньої школи, розглянуто проблему математичної підтримки поглибленого курсу фізики, розкрито психологічні особливості розвитку в учнів логічної пам’яті та мислення в процесі вивчення теоретичного матеріалу з фізики, розглянуто проблеми технологізації вивчення теоретичного матеріалу поглибленого курсу фізики.

Аналіз літературних джерел показав, що у методиці навчання фізики поступово виокремилися три великі напрямки, відповідно пов’язані з теоретичним матеріалом, розв’язанням задач і лабораторними роботами. При цьому у різні роки пріоритети розставлялися по-різному. Особливо неоднозначним було відношення до ролі математики під час викладання теоретичного матеріалу. Лише після того, як у навчанні фізики була введена диференціація, значення математики стало визнаватися на рівні програм з фізики принаймні для поглибленого курсу.

У механіці використовується порівняно нескладна математика, однак, значну кількість математичних понять учні вивчають пізніше, ніж це необхідно для розуміння цієї фізичної теорії. Разом з А.М. Андрєєвим нами було проведене дослідження, у якому порівнювалася успішність виконання учнями випускних фізико-математичних класів спеціально створених завдань у “математичній” та “фізичній” формах. Обробка експериментальних результатів дозволила зробити висновок, що існує помітна різниця у рівнях використання випускниками середніх шкіл математичних знань під час розв’язування прикладів з математики і аналогічних завдань з фізики, якщо вони навчалися за чинними програмами навіть у фізико-математичних класах.

Перехід на 12-річну освіту не вирішує, як можна побачити з Державного стандарту, проблеми математичної підготовки учнів до вивчення фізики. Один зі шляхів подолання вказаної проблеми — перебудова курсу математики таким чином, щоб необхідні для фізики теми вивчалися вчасно. Ще один шлях вирішення — створення окремого курсу, метою якого буде вчасне навчання учнів математичних понять і операцій, володіння якими є необхідним для розуміння фізики. Можливим є також варіант створення інтеграційного курсу, який би поєднував фізику і необхідний математичний апарат. На користь саме інтеграційних курсів висловлювався автор ідеї укрупнення дидактичних одиниць П.М. Ерднієв.

За сучасними уявленнями головною метою загальної освіти є всебічний розвиток особистості. Розвиток пам’яті входить до групи розвитку функціональних механізмів психіки. У психології розрізняють принаймні два типи пам’яті, розвиток та функціонування яких якісно відрізняються. Так, О.М. Леонтьєв виокремлював біологічну та власне людську пам’ять. На його думку, остання є продуктом культурного розвитку людини. Біологічна ж пам’ять притаманна людині від народження, а її основна функція полягає у безпосередній фіксації інформації. Опосередковане ж запам’ятовування може з’явитися та сформуватися лише за умови участі у продуктивній суспільній діяльності. Якщо потреби у цьому виді пам’яті, а також відповідних умов розвитку немає, то власне людська пам’ять може і не розвинутися. Особливістю логічної пам’яті є те, що її досить важко відрізнити від мислення. Розвиваючись, пам’ять готує заміну себе мисленням.

Механіка у курсі фізики займає особливе місце. Від рівня засвоєння учнями її понять та законів значною мірою залежить успішність вивчення ними й інших теорій. Тому свідоме запам’ятовування теоретичного матеріалу механіки є особливо важливим. Крім того, механіка у поглибленому курсі фізики середньої школи вивчається у найбільш повному обсязі, а отже, надає можливість учням самостійно та під керівництвом учителя встановлювати зв’язки між ядром теорії та його наслідками. Це має сприяти розвитку їхнього мислення і логічної пам’яті.

Проводячи дослідження, ми мали на меті створення такої технології навчання, за допомогою якої було б можливим організувати самостійну роботу учнів щодо отримання висновків із постулатів фізичною теорії. Системний спосіб організації діяльності вчителя та учнів, який у сучасній дидактиці носить назву технології, передбачає такі основні вимоги до навчального процесу: 1) наявність чітких, сформульованих у вигляді конкретних завдань, цілей навчання; 2) дотримування принципу завершеності навчання; 3) налагодження зворотного зв’язку, що дозволяє здійснювати навіть поопераційний контроль під час формування в учнів розумових дій.

Необхідною умовою для забезпечення виконання цих вимог є наявність банку відповідних завдань. Існуючі збірники завдань мають бути доповнені завданнями, орієнтованими на теми, які вивчаються лише в поглибленому курсі фізики. Для налагодження оперативного зворотного зв’язку треба використати можливості нових інформаційних технологій.

У другому розділі — “Розроблення технології вивчення теоретичного матеріалу з механіки у класах фізико-математичного профілю” — докладно розглянуто процес створення технології, яка захищається дисертантом.

Обрання учнями фізико-математичного профілю для навчання у старшій школі має накладати на них певні зобов’язання щодо підвищення самостійності у вивченні фізики. Дійсно, якщо молода людина планує пов’язати своє життя з тими професіями, які вимагають дієвих знань з фізики, а також розвинутих здібностей до їх поповнення і використання, то вже у шкільні роки треба взяти на себе значну частину відповідальності за свою фізичну освіту. Але лише заклики до учнів стосовно того, що треба проявляти більшу самостійність у вивченні профільного предмета, не багато чого варті, бо більшість учнів не має на момент переходу до старшої школи власної результативної технології вивчення поглибленого курсу фізики.

З іншого боку, вчителі не можуть допомогти учням у короткий термін розробити такі власні технології, які б враховували їхні індивідуальні особливості, оскільки існує загальна суперечність. Вона полягає у тому, що для свідомого вивчення фізики, зокрема механіки, конче потрібне володіння відповідним математичним апаратом, а за існуючими шкільними програмами з математики його вивчення відкладається на визначений, але далекий термін. Отже, учні залишаються без необхідного інструментального забезпечення, наявність якого надала б їм можливість проявити самостійність у вивченні теоретичного матеріалу з механіки і побачити, що значну частину важливих фізичних результатів, які треба засвоїти за програмою поглибленого курсу фізики, можна отримати власноруч.

Таким чином, треба запропонувати учням, які обиратимуть у старшій школі фізико-математичний профіль, такий “нульовий” варіант технології вивчення теоретичного матеріалу з механіки, який принаймні ліквідує загальну для всіх суперечність. А вже потім, відштовхуючись від цього “нульового” варіанту, кожен учень буде вибудовувати свою власну технологію вивчення не лише механіки, а й подальших розділів поглибленого курсу фізики. Саме цей “нульовий” варіант ми коротко будемо називати технологією вивчення теоретичного матеріалу з механіки.

При її розробці ми спиралися, по-перше, на закономірності та особливості розвитку логічної пам’яті та мислення учнів. По-друге, під час конструювання технології ми враховували три вимоги до технологізації навчального процесу: наявність діагностично поставлених цілей навчання; дотримання принципу завершеності навчання; налагодження зворотного зв’язку. По-третє, для надання учням можливості самостійно працювати з теоретичним матеріалом був запропонований варіант вирішення проблеми математичної підтримки курсу фізики, а саме — інтеграційний курс “Мехматика”. І, насамкінець, для створення навчального середовища, за допомогою якого учні зможуть навчитися самостійно вивчати теоретичний матеріал, були використані інформаційні технології і створений так званий “комп’ютерний помічник”.

Одна з вимог до технологізації навчального процесу пов’язана з наявністю чітких, сформульованих у вигляді конкретних завдань, цілей навчання. Програма з механіки для класів фізико-математичного профілю надає можливість скласти певний перелік понять та законів, що мають засвоїти учні. Однак цього переліку недостатньо для створення завдань, які б відбивали цілі вивчення певного матеріалу. Необхідно конкретизувати цей перелік, виокремивши у матеріалі смислові елементи, знання яких вимагається від учнів. Під смисловими елементами навчального матеріалу ми, спираючись на дослідження І.І. Нурмінського та Н.К. Гладишевої, розуміли найменші складові частини матеріалу, які ще зберігають самостійний фізичний зміст.

Для виокремлення смислових елементів були проаналізовані не тільки підручники, а і збірники задач з фізики для шкіл фізико-математичного профілю та вищих навчальних закладів. На прикладі тем “Обертальний рух твердого тіла навколо нерухомої осі” та “Механічні коливання” була продемонстрована методика виокремлення основних смислових елементів та створення відповідних завдань.

У другому розділі дисертації також представлена програма інтеграційного курсу “Мехматика” — одного з варіантів вирішення проблеми математичної підтримки поглибленого вивчення механіки. У цьому курсі необхідні для розуміння фізики елементи математичного апарату поєднуються із теоретичним матеріалом з механіки. Окремо показано, як математичні поняття можна використовувати під час розв’язування фізичних задач і вивчення деяких тем поглибленого курсу механіки.

Наші попередні дослідження показали, що найкраще засвоєння теоретичного матеріалу учнями фізико-математичних класів відбувається, коли вони самостійно отримують висновки з вихідних положень фізичної теорії. Що стосується виведення певних формул, то за умови вирішення проблеми з математичною підтримкою курсу фізики, це можна організувати за допомогою спеціальних завдань. Але, як знов-таки свідчать проведені нами експерименти, виконання завдань на самостійне виведення формул має чергуватися з обговоренням здобутих результатів. Організувати на уроці роботу, у якій поєднується самостійне виконання учнями певних завдань та колективне обговорення, значно легше за можливості використання мультимедійних засобів.

Сучасний рівень розвитку комп’ютерної техніки дозволяє досить широко використовувати у навчальному процесі інформаційні технології. У галузі дидактики фізики кількість відповідних досліджень є досить великою. Були створені не тільки програми для перевірки знань учнів, але і комплексні програми, які містять у собі навчальні тексти, що супроводжуються анімацією, “конструктори” для виконання лабораторних робіт та підготовки демонстрацій.

Можливості програми Microsoft^® Office PowerPoint^® дозволили нам створити “комп’ютерний помічник”, який стане у пригоді вчителю фізики як на уроці, так і для організації домашньої роботи учнів (див. рис. 1).