ФОРМУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ПОНЯТЬ У ШКОЛЯРІВ НА ОСНОВІ СТАТИСТИЧНОГО ТА ІМОВІРНІСНОГО ПІДХОДІВ Автореферат

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, проаналізовано загальний стан розкриття проблеми у дидактиці, визначено об’єкт і предмет, завдання і мету дослідження, охарактеризовано методи, які застосовувались для виконання поставлених завдань, розкрито наукову новизну, практичну значущість здобутих результатів, подано відомості про їх апробацію та впровадження.

У першому розділі дисертації здійснено узагальнення наукової, психолого-педагогічної, методичної й спеціальної літератури у частині діалектики статистичного та ймовірнісного у квантовій фізиці та методиці її навчання: проаналізовано особливості структури і змісту курсу фізики середньої школи у частині взаємозв’язку статистичного та імовірнісного, сформована технологія виокремлення фундаментальних наскрізних понять на основі діяльнісного підходу, сформульовані психолого-педагогічні умови формування фізики наскрізних фундаментальних понять на основі взаємозв’язку статистичного та імовірнісного у допрофільній та профільній школі.

В ході дослідження встановлено, що основу ймовірнісного та статистичного підходів складають висновки з аналізу фізичних явищ, процесів з точки зору ймовірнісних і статистичних закономірностей та опанування способу фізичного мислення на основі методології та технології навчання наскрізних понять сучасної фізики з урахуванням характерних особливостей сучасного етапу розвитку науки, що передбачає:

- формування наукової картини світу на основі виявлення ймовірнісно-статистичного характеру явищ, процесів, взаємодій;

- виявлення тенденцій зміни фізичної картини світу (ФКС) урахуванням досягнень фізичної та суміжних наук;

- виокремлення відомостей про прикладні та перспективні дослідження природничих наук;

- оновлення у ШКФ рівнів дослідження фізичною наукою природних об’єктів: субмікроелементарний, мікроелементарний, планетарних систем, зірок, галактик, систем галактик, метагалактик, Всесвіту;

- формування ШКФ з урахуванням історичного аспекту розвитку природних об’єктів дослідження (історичної реконструкції та еволюції) на основі ймовірнісно-статистичного підходу.

Ми встановили, що у ШКФ не сформована методика навчання фундаментальних фізичних взаємодій, корпускулярно-хвильового дуалізму речовини, їх взаємозв’язку тощо. Це не дозволяє у повній мірі реалізувати вимоги державного стандарту базової та повної середньої освіти в частині опанування сучасною ФКС. Визначені засади методики навчання фізики, яка ґрунтується на виокремленні наскрізних фундаментальних понять та статистично-ймовірнісних підходах до вивчення усіх типів фундаментальних взаємодій, корпускулярно-хвильового дуалізму та їх взаємозв’язку, як стрижневих фундаментальних понять ШКФ. Це дозволяє осучаснити ШКФ досягненнями фізичної науки останніх років, скоротити його об’єм за рахунок систематизації фізичних понять.

Запропонована методика навчання фізики ґрунтується на структурно-логічному та поелементному аналізі навчального матеріалу ШКФ і є логічним продовженням досліджень М.І.Садового, С.М.Стадніченко та О.М.Трифонової з даного питання.

Сформована нами технологія виокремлення наскрізних фізичних понять передбачає:

1.Аналіз цілей навчання, виокремлення обов’язкових результатів навчання, що є наскрізними знаннями для життєдіяльності випускників шкіл, та знань, оволодіння якими необхідне для продовження природничо-математичної освіти. Вирішення цієї проблеми передбачає структурування порівняно великої кількості понять у конструктивні (генетичні) блоки.

2.Визначення ядра змісту ШКФ та його структурування засобами поелементного аналізу навчального матеріалу на основі статистичних та імовірнісних характеристик; відбір прикладів та завдань спрямованих на формування компетентісних умінь та навичок, актуалізацію аксіологічного аспекту ШКФ.

3.Визначення початкового рівня знань учнів про фізичні поняття.

4.Урахування обмежень організаційної сторони навчання: аналіз матеріально-технічної бази, урахування традицій здійснення навчально-виховного процесу з фізики, інші організаційні складові.

5.Підбір та розробка методів, форм та засобів навчання.

6.Аналіз отриманих результатів та з’ясування рівня засвоєння фізичних понять за результатами навчання.

В ході дослідження показано, що структура та зміст ШКФ потребують значних змін у частині методології його формування, в основу яких доцільно покласти систему наскрізних фундаментальних понять, що базуються на взаємозв’язку теоретичного та емпіричного, співвідношення класичного та квантового, статистичного та ймовірнісного і їх висвітлення у відповідних підручниках і посібниках.

Пропонована методика передбачає ефективну її реалізацію за умови застосування виокремлених психолого-педагогічних умов, що передбачають:

- мотивацію навчальної діяльності через задоволення пізнавальної потреби та власної зацікавленості школярів;

- складання схеми дій учня, виділення системи необхідних і достатніх ознак наскрізних понять та системи характеристик ймовірнісно-статистичного підходу у складанні схеми навчальних дій, формулювання висновку;

- поетапне формування складених дій передбачає їх реалізацію у певній послідовності: 1. Ознайомлювальний етап передбачає отримання необхідних мотивованих роз’яснень про мету дії, орієнтири та імовірнісні способи виконання завдань. 2. Етап матеріальної імовірнісної дії, що передбачає виконання учнями дії у зовнішній, матеріальній, розгорнутій формі. Це дозволяє учням засвоїти статистично значущий зміст, а вчителю – об’єктивно контролювати виконання кожної операції. 3. Зовнішньомовний етап, згідно якого усі елементи статистично значущої дії представлені у формі зовнішньої мови (усної чи письмової). 4. Етап зовнішньої мови про себе щодо сутності імовірнісних результатів. 5. Розумовий етап передбачає, що статистично значуща дія виконується у імовірнісних варіантах внутрішньої мови, максимально скорочується та автоматизується;

- практичне застосування полягає в тому, що імовірність правильного визначення поняття, усвідомлення його статистичного змісту, приводить учнів до умінь користуватись поняттям у предметній дійсності (при розв’язуванні задач, з використання поняття у повсякденному житті тощо);

- знання основних етапів розвитку наскрізних понять і формування «вузлових ідей» генералізації понять, логіки його статистично-імовірнісного характеру;

- забезпечення збалансованого діалектичного та технологічного мислення учнів;

- використання технології формування наскрізних понять, яка являє собою систему дій у певній логічній послідовності, спрямованій на поетапне засвоєння головного, суттєвого в понятті.

Ми встановили, що формування наскрізних фізичних понять на основі статистичного та імовірнісного підходів з урахуванням виділених психолого-педагогічних умов може бути реалізоване у навчанні фізики.

У другому розділі дисертації розглянута методика формування фундаментальних наскрізних понять: фундаментальних фізичних констант, енергії, дискретності, як наскрізної фундаментальної властивості матерії, корпускулярно-хвильового дуалізму, фундаментальних фізичних взаємодій, випромінювання абсолютно чорного тіла, принципу невизначеності Гейзенберга тощо.

Встановлено, що у методиці навчання фізики описані чотири типи взаємодій на рівні поглядів В.М.Мощанського. Такий підхід не передбачає виходу за межі квантової механіки та СТВ.

Ми запропонували методику формування фізичних понять, у структуру якої входить наскрізне поняття корпускулярно-хвильового дуалізму (рис. 1), яке поєднує різні теорії, що описують фундаментальні взаємодії.