ФОРМУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ УМІНЬ І НАВИЧОК УЧНІВ У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ В УМОВАХ СУЧАСНОГО ОСВІТНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі  обґрунтовано вибір теми дослідження та її актуальність, визначені об’єкт, предмет, гіпотеза, завдання і методи дослідження; викладена методологічна основа, розкриті наукова новизна, теоретичне й практичне значення дисертаційної роботи; подані відомості про апробацію та впровадження результатів дослідження.

У першому розділі «Методичні засади організації сучасного освітнього середовища навчання фізики в загальноосвітній школі» аналізується стан проблеми, відображений у літературі педагогічного, психологічного і методологічного характеру та шкільній практиці; розкривається поняття освітнього середовища, як визначальної складової педагогічних систем та його роль у формуванні вмінь і навичок учнів. Проведений аналіз створення, організації і функціонування шкільного фізичного кабінету, як основного осередку формування експериментальних умінь і навичок учнів в процесі навчання фізики.

Результати аналізу показали, що поглиблене моделювання педагогічних систем і освітнього середовища пов’язані з введенням деякої додаткової продуктивної типології їх компонентного складу, яка визначає специфіку навчальної взаємодії їх елементів, що необхідно враховувати при здійсненні навчально-виховного процесу. Сьогодні освітнє середовище є складною системою, сутність функціонування якої спрямована на забезпечення вирішення проблем щодо підвищення вимог до обсягу, якості змісту й темпів загальноосвітньої та професійної підготовки людини до активної життєдіяльності в інформаційному суспільстві.

Освітнє середовище складають взаємно підпорядковані навчальні середовища. Структура навчального середовища визначає його внутрішню організацію, взаємозв’язок і взаємозалежність між елементами. Елементи визначають змістовну і матеріальну наповнюваність навчального середовища, зумовлюють бурхливий характер розвитку методів і засобів інформаційно-комунікаційних технологій. Їх вплив має відслідковуватись освітянами, враховуватись при проектуванні освітнього середовища. Це передбачає застосування методичних систем і технологій навчання та навчального середовища і засобів навчання, які базуються на широкому і гнучкому використанні інформаційно-комунікаційних технологій і забезпечується висока педагогічна ефективність навчально-виховного процесу.

Окреслені компоненти освітнього середовища забезпечують виконання основних функцій:

- виявлення, розкриття і розвиток здібностей і потенційних можливостей індивіда до творчої ініціативи;

- створення умов для самостійного здобуття знань і їх якісного засвоєння; забезпечення автоматизації процесів обробки результатів навчання, у тому числі результатів просування у навчанні;

- діагностика, управління та прогнозування індивідуальних здобутків тих, хто навчається.

Навчальне устаткування для кабінету фізики і лабораторії доцільно добирати згідно вимог навчально-методичного комплексу (НМК) — системи засобів навчання, орієнтованих на використання інноваційних технологій навчання та навчально-методичних матеріалів. Склад НМК може варіюватися в залежності від педагогічних цілей і формується з блоків:

- програмно-методичне забезпечення процесу навчання фізики;

- засоби навчання для підтримки процесу навчання фізики;

- програмні засоби і системи для формування культури навчальної діяльності та організації навчального процесу з фізики;

- навчально-демонстраційне устаткування та навчально-вимірювальні комплекси спряжені з ПЕОМ.

Необхідною умовою існування навчального середовища є можливість реалізації (у межах цього середовища) інформаційної і діяльнісної компонент навчально-виховного процесу. Навчальне середовище має вирішувати два взаємо­залежні завдання: вводити учня у сферу предметної галузі (в першу чергу інформативно) та надавати можливості учню і учителю оперувати предметами, які відповідають цілям навчання.

В умовах все зростаючих вимог до навчально-виховного процесу з фізики розв'язування завдань, поставлених перед школою, стає неможливим без добре обладнаного кабінету фізики. Досвід свідчить про те, що високих результатів в удосконаленні навчально-виховного процесу досягають у такому кабінеті фізики, в якому все до дрібниць сприяє підвищенню ефективності діяльності учителя і учнів внаслідок створення комфортних умов для всіх учасників навчально-виховного процесу. Тому і питанню матеріальної насиченості та структури кабінету фізики має приділятись велика увага ергономістів. На відміну від шкільних кабінетів гуманітарного спрямування, кабінет фізики має бути пристосований для теоретичного і практичного навчання, що здійснюється через систему демонстраційних дослідів, фронтальних лабораторних робіт, і дослідів, що потребують залучення до діяльності відповідного навчального обладнання та переструктуризацію зон діяльності.

Шляхи удосконалення навчального процесу складають як удосконалення методів формування знань, так і удосконалення методики формування в учнів  експериментальних умінь і навичок навчальної роботи. У системі навчального фізичного експерименту вагоме місце належить виконанню учнями експериментальних завдань, метою яких є оволодіння учнями певною сукупністю умінь, що забезпечують досягнення необхідного результату.

Такі вміння є складовими узагальнених експериментальних вмінь, що формуються всією системою навчального експерименту, яка має складну структуру. Тому важливо забезпечити  єдиний підхід до формування загальних умінь під час вивчення різних навчальних предметів.

Із зазначеного випливає, що рівень знань учнів значною мірою залежить від впливу на навчальний процес життєвого досвіду школяра. Згідно з нормами психологічного показника ергономіки такий досвід не повинен суперечити науковому розумінню навчальних понять і, відповідно,  його використанню як опори знань, чим підвищується ефективність засвоєння нового навчального матеріалу.

Озброєння учнів експериментальними уміннями – важлива проблема, яка зумовлює необхідність нової (компетентнісної) концепції освіти. За компетентнісного підходу в освіті на першому місці є не інформованість учня, а його вміння розв’язувати проблеми і задачі у конкретній практичній ситуації, вміння переносити свої знання з однієї галузі їх використання до іншої. Тому завдання полягає в тому, щоб навчити учня отримувати індивідуальний досвід і використовувати його при використанні нових інформаційних технологій в навчально-виховному процесі і пов'язаною з ним заміною застарілих засобів навчання новим поколінням та одночасно заміною ряду методів і форм навчання новими.

Застаріле обладнання замінюється новим, а експериментатор повинен володіти якостями, необхідними для освоєння нового покоління обладнання. Тому за таких умов взаємна адаптація людини і засобів навчання є обов'язковою. Відповідно й зміст виконання практичних і експериментальних завдань визначають вимоги до здібностей, досвіду учнів, спеціальної підготовки, культури та забезпечують рівень комфорту умов праці, престижність діяльності, можливості до самоствердження.

Застосування комп’ютера  на уроках і у позаурочний час є одним із ефективних засобів підвищення мотивації й індивідуалізації навчання. Відповідно розпочався і процес створення умов для інформатизації навчального процесу вцілому, і окремих предметів, зокрема. Практика показує, що рання адаптація дітей до ЕОТ - можливий і необхідний компонент оволодіння комп’ютерною грамотністю. В процесі навчання фізики вже з перших кроків у семикласників виникає високий пізнавальний інтерес. Характерно, що це проявляється однаково як у сильних, так і слабких учнів, оскільки вони виявляються ніби в рівних умовах за обчислювальними можливостями і це стимулює інтерес до фізики, підвищує успішність з предмету. То ж залишається актуальною проблема формування комп’ютерної грамотності учнів основної школи задля забезпечення рівня їх інформаційної культури і необхідного рівня користування комп’ютером.

Разом з тим використання лише комп’ютера не повинне замінювати справжню фізичну лабораторію, в якій учні можуть з успіхом і старанням виконувати практичні і експериментальні завдання з використанням приладів, моделей, пристосувань.

Відмічено провідну роль вивчення електродинаміки, як теоретичної бази будови і дії сучасних засобів навчального експериментування. Актуалізовано роль демонстраційного експерименту як пропедевтики ознайомлення з методами і формами експериментування та традиційним і особливо новим обладнанням, разом вказано на ряд прогалин у змісті демонстраційного експерименту, що стосується і вимог навчальної програми.

Відмічені недоліки прослідковуються в змісті та виконанні експериментальних завдань учнями, також відмічається недосконалість змісту таких завдань на предмет забезпечення умов для формування предметної компетентності учнів старшої школи у процесі профільного навчання.

У другому розділі «Удосконалення процесу формування експериментальних умінь і навичок учнів у процесі вивчення питань електродинаміки в основній і старшій школі» розкрито зміст і методику навчальної діяльності в плані формування експериментальних умінь і навичок та розвитку творчих здібностей учнів, забезпечення диференціації виконання експериментальних завдань, умов і чинників формування предметної і профільної компетентності випускників загальноосвітніх шкіл.

Навчання фізики в основній школі має формувати специфічні для природничих наук вміння і навички, зорієнтовані на широке подальше їх використання як в процесі вивчення природничих дисциплін, так і на розв’язання задач профорієнтації навчання. Серед основних цілей формування вмінь і навичок ми виділяємо формування досвіду учнів для ефективного і якісного виконання навчальних завдань в старшій школі і наступних етапах діяльності. Визначена тенденція до впровадження мікроелектронних засобів характерна для процесу навчання в основній школі випереджальним характером щодо ознайомлення учнів з фізичними основами будови і функціонування таких засобів. Визначена роль демонстраційного експерименту в першому ознайомленні учнів із сучасними засобами експериментування та застосування обладнання в практичній діяльності людини.

Впровадження окремих варіантів засобів і їх використання учнями в основній школі здійснено відповідно з принципом екземпляризму. Його реалізація до впровадження окремих вимірювальних засобів, починаючи із цифрового секундоміра, набуває вагомого розширення через впровадження інших цифрових вимірювальних засобів, їх комплектування з датчиками, а також окремих експериментальних установок з елементами електричних кіл практично з перших уроків систематичного вивчення фізики.

Приділена увага використанню планів узагальнюючого характеру до вивчення теоретичних основ курсу, здобування знань, виконання системи практичних і експериментальних завдань. Вибудована структура навчальної діяльності до формування знань, вмінь і навичок стосовно ключових і вузлових одиниць курсу. Характерною ознакою їх розроблення і реалізації є включення і виконання тестових завдань, які охоплюють сутність і різносторонність всіх взаємозв’язків фізичного поняття, закону, чи процесу; розв’язування оптимального обсягу задач; виконання експериментальних завдань.

Формування якісних експериментальних умінь і навичок потребує приділення належної уваги повторенню практичних дій учнями у процесі виконання системи експериментальних завдань.

Потребує розвитку використання набірних полів – як дієвий і раціональний шлях до формування сучасних методів і форм складання експериментальних установок, осучаснення змісту експериментальних умінь і навичок учнів. Аргументовано недоцільність формування умінь складання експериментальних установок з елементами електричних кіл навісним методом.

Вагомим чинником удосконалення організації і виконання великої кількості експериментальних завдань в процесі вивчення електродинаміки є впровадження блочно-функціонального принципу. У дисертації наведено варіанти організації виконання експериментальних завдань за блочно-функціональним принципом, описані характеристики і технології саморобного виготовлення відповідного обладнання.

Належне опанування учнями основними поняттями і формування відповідних експериментальних умінь і навичок потребує здійснення комплексного підходу до формування змісту різних видів завдань: тестових завдань, фізичних задач і експериментальних завдань до всіх вузлових питань електродинаміки.

Потребує забезпечення умов для розвитку творчої діяльності учнів через можливість вибору учнем змісту і обсягу експериментального завдання та методів його виконання. Відповідно практично всі роботи фізичного практикуму потребують доробок, модернізації і розширення умов виконання через забезпечення різних форм і рівнів виконання, а також забезпечення необхідним обсягом обладнанням, характерне можливостями  варіювання його відбору.

Потребує розв’язання проблема формування цілісних уявлень учнів старшої школи про фізичні основи будови, дії і використання елементної бази мікроелектронних засобів через достатнє їх експериментальне відображення, охоплення змістом теоретичних основ до лабораторних робіт оптимального обсягу вузлових питань.

Вміння і навички, сформовані у процесі вивчення електродинаміки є вузловими для експериментальної діяльності учнів у процесі вивчення інших розділів шкільного курсу фізики, в реалізації завдань політехнічної освіти і профорієнтації учнів. У другому розділі наведені варіанти характерних робіт фізичного практикуму, описані суттєві пропозиції до виготовлення елементів експериментальних установок.

В розділі відмічені: елементи курсу, недостатньо відображені експериментально; доцільність виконання фронтально ряду завдань робіт фізичного практикуму; експериментальні завдання з низьким рівнем практичної і прикладної спрямованості змісту; відсутність важливих зразків лабораторного обладнання. Відповідно наведені: шляхи і методи удосконалення, модернізації і подальшої трансформації сучасних побутових і промислових зразків обладнання до навчального фізичного експерименту; варіанти саморобних приладів, модулів, експериментальних установок; теоретичні основи і варіанти інструкцій до модернізованих і розроблених експериментальних завдань, фронтальних лабораторних робіт і робіт практикуму.

У третьому розділі «Організація та результати експериментального навчання» викладено результати педагогічного експерименту, які свідчать про ефективність методики формування експериментальних вмінь і навичок в процесі вивчення питань і розділу електродинаміки в умовах сучасного освітнього середовища.

Для перевірки гіпотези дослідження педагогічний експеримент проведено в три етапи: 1) констатувальний; 2) формувальний; 3) контрольний.

На констатувальному етапі педагогічного експерименту (2004-2006 рр.) виконані такі завдання:

-                    вивченні характеристики навчального середовища на предмет організації формування вмінь і навичок учнів в навчально-виховному процесі з фізики основної і старшої школи в цілому і виконанні навчальних практичних і експериментальних завдань при вивченні розділу електродинаміки;

-                    вивчений стан забезпечення вчителів фізики методикою комплексного підходу до визначення змісту завдань для учнів, організації і проведення відповідних уроків;

-                    з’ясована необхідність реалізації комплексного підходу до визначення обсягу і змісту та організації виконання учнями практичних і експериментальних завдань в аспекті формування предметної компетентності учнів;

-                    з’ясовані спільні риси і відмінність між навчальним процесом з фізики в основній і старшій школі у традиційному і профільному навчанні, визначені чинники і завдання удосконалення процесу формування експериментальних вмінь і навичок учнів в процесі навчання фізики і формування відповідного освітнього середовища; конструювались моделі навчання фізики за напрямком формування компетентності учнів; визначались критерії і показники ефективності удосконалення і впровадження сучасних засобів і обладнання для формування експериментальних вмінь учнів.

На другому етапі дослідження (2006-2007 рр.) виконувались дві групи завдань: науково-практична розробка методики модернізації, розроблення і впровадження доробок до удосконалення освітнього середовища, а також змісту і методів виконання навчального експерименту з фізики та організація експериментальної перевірки основних науково-методичних положень дослідження.

У межах першої групи були виконані такі завдання: розкрито зміст та функції формування експериментальних вмінь і навичок учнів основної школи в плані формування досвіду для подальшого експериментування; визначено місце і час впровадження до навчального експериментування основних сучасних засобів; розроблено вимоги і визначено чинники реалізації компетентнісного підходу до формування експериментальних вмінь і навичок учнів у старшій школі.

У межах другої групи виконані завдання: сформовані методичні засади застосування доробок і пропозицій до формування експериментальних вмінь і навичок учнів основної і старшої школи; розроблені варіанти експериментальних завдань, що охоплюють змістом завдання з використанням сучасних засобі, експериментальне дослідження прикладного змісту курсу фізики з позицій компетентнісного підходу; визначені шляхи корекції формування експериментальних умінь і навичок та активізації навчально-пізнавальної діяльності; з’ясовані можливості забезпечення диференційованого підходу в організації і проведенні уроків-лабораторних робіт, умов вільного вибору учнем методу виконання завдання, спрямованих на розвиток творчих здібностей; експериментально перевірена результативність впровадження запропонованих доробок за сучасних потреб, умов і вимог.

Експеримент проводився в експериментальних і контрольних класах 9-ти шкіл, і охоплювала участь 590 учнів.

На третьому етапі дослідження (2007-2008 рр.) відповідно до визначених особливостей і положень компетентнісного підходу до формування експериментальних вмінь і навичок учнів в умовах сучасного освітнього середовища завершений кількісний і якісний аналіз експериментальних даних. Для порівняння підсумків експериментального навчання використовувались середні арифметичні кількості балів, одержані учнями за виконання контрольних робіт. Результати виконання контрольних робіт визначалися на основі 12-бальної шкали оцінювання, яке за градацією рівнів оцінювались за трьома рівнями: А – низький (0-6 балів). В – (7-9 балів), С – високий (10-12 балів).