Е П Сірик - Дидактичні основи розробки та використання сучасних джерел випромінювання у шкільному фізичному експерименті - страница 1

Страницы:
1  2  3 

Національній педагогічний університет імені М.П.Драгоманова

СІРИК Едуард Петрович

УДК 53(07) +372.853

ДИДАКТИЧНІ ОСНОВИ РОЗРОБКИ ТА ВИКОРИСТАННЯ СУЧАСНИХ ДЖЕРЕЛ ВИПРОМІНЮВАННЯ У ШКІЛЬНОМУ ФІЗИЧНОМУ ЕКСПЕРИМЕНТІ

13.00.02 - теорія і методика навчання фізики

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Кіровоградському державному педагогічному університеті імені Володимира Винниченка, Міністерство освіти і науки України. Науковий керівник - доктор педагогічних наук, професор,

Величко Степан Петрович,

Кіровоградський державний педагогічний університет імені Володимира Винниченка, завідувач кафедри фізики та методики її викладання.

Офіційні опоненти - член-кореспондент АПН України,

доктор педагогічних наук, професор Мартинюк Михайло Тадейович,

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини, ректор;

-    кандидат педагогічних наук, старший науковий співробітник Головко Микола Васильович,

Інститут педагогіки АПН України, завідувач лабораторії математичної і фізичної освіти.

Захист відбудеться 6 червня 2007 року о 14 годині 00 хвилин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.053.06 в Національному педагогічному університеті імені М.П.Драгоманова, 01601, м.Київ, вул. Пирогова, 9.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова, 01601, м.Київ, вул. Пирогова, 9.

Автореферат розіслано "   25 " квітня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Є.В.Коршак

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Виховання людини як творчої, активної, духовно багатої і гармонійно розвинутої особистості -одне з основних завдань сучасного суспільства, педагогічної науки й практики.

За умов нинішньої перебудови фізичної освіти в школах України удосконалення навчально-виховного процесу, поліпшення і створення нових засобів навчання, вдосконалення теорії і практики методики навчання фізики та підготовка висококваліфікованих учителів фізики є досить важливим й актуальним завданням освіти.

Це пояснюється тим, що сучасний розвиток фізичної науки досягнув такого рівня, при якому фізичні теорії і фізичні методи наукового дослідження стали загальновизнаними не тільки в галузі природничих наук, а й поза їхньою сферою і дають вагомі результати в пізнанні внаслідок моделювання явищ і процесів.

Ретроспективний аналіз змісту, структури курсу фізики та методики його навчання в школах різного типу й профілю свідчить, що порівняно з іншими розділами шкільного курсу фізики (ШКФ) розділ оптики та квантової фізики в експериментальному аспекті потребує значного поліпшення та розробки конструкцій найрізноманітніших дослідів, моделей, установок. У структурі методичної роботи та організації навчально-виховного процесу, і зокрема вивчення оптики, донедавна переважав репродуктивний підхід подання навчального матеріалу. Однак, дослідне, пошукове навчання передбачає перенесення аспектів на залучення учнів до проведення самостійних спостережень і дослідів. Такий підхід потребує перегляду матеріальної бази фізичних кабінетів, універсалізації приладів, розширення меж застосування навчальних установок, приладів та обладнання.

При цьому центральне місце в процесі навчання займає пізнавально-пошукова та навчально-дослідна діяльність саме учнів, їхнє учіння й постійне просування в пізнанні більшої кількості явищ і процесів та більш глибоких і суттєвих зв'язків і взаємозалежностей між відповідними галузями наукових знань.

Таким чином, зараз перед шкільною освітою визначається актуальна проблема активізації пізнавально-пошукової діяльності учнів при вивченні дисциплін природничо-математичного циклу, що передбачає підвищення активності школярів у пізнанні навколишнього світу. Роль і місце учня в навчально-виховному процесі змінюється. Він сьогодні виступає не об'єктом цього процесу, не простим спостерігачем, а активним суб'єктом, здобувачем знань, умінь і навичок. Тому головне завдання вчителя полягає в організації роботи учнів таким чином, щоб кожен школяр мав можливість найбільшою мірою виявити свої задатки й творчі здібності. Важливу роль у вирішенні цих завдань відіграють методи та прийоми, способи й засоби, які використовує учитель. Але поодиноке і неузгоджене їхнє застосування не дає бажаного результату. Лише поєднання та комплекснезапровадження дає можливість учителю організувати навчально-виховний процес належним чином з метою активізації навчальної діяльності учнів та розвитку пізнавальних здібностей школярів.

Вирішальна роль в активізації пізнавальної та творчо-пошукової діяльності учнів належить фізичному експерименту, у ході якого учні вчаться розпізнавати явища та з'ясовувати їхню сутність, визначати умови, за яких вони виникають, якісно та кількісно оцінювати їх, знаходити причинно-наслідкові зв'язки між досліджуваними явищами, робити самостійні висновки. Шкільний фізичний експеримент (ШФЕ) є одним з основних методів пізнання навколишнього природного світу під час багаторазового спостереження і детального вивчення. ШФЕ, по-перше, уможливлює одержання нових емпіричних даних, котрі систематизуються й узагальнюються в законах і теоріях; по-друге, він є критерієм істинності положень науки й проводиться для підтвердження чи спростування наявних ідей і теорій; по-третє, через експеримент здійснюється взаємозв'язок фізичних знань з практикою, виробництвом.

Фізичний експеримент не тільки активізує мислительну діяльність учнів, що є необхідною передумовою розвитку їхньої пізнавальної активності, але й викликає стійкий інтерес до досліджуваного явища, сприяє більш глибокому засвоєнню й усвідомленню фізичних законів.

Отже, шкільний фізичний експеримент є обов'язковим елементом навчально-виховного процесу з фізики і водночас невід'ємною ланкою методики навчання. Науково-методичними дослідженнями Л.І.Анциферова, С.П.Величка, О.Ф.Кабардіна, Л.Р.Калапуші, В.Ю.Кліха, Є.В.Коршака, Д.Я.Костюкевича, Б.Ю.Миргородського, В.І.Тищука, М.М.Шахмаєва, М.І.Шута та інших виявлено тенденції розвитку ШФЕ, зокрема з оптики, сформульовані основні напрямки його вдосконалення з урахуванням профільного навчання фізики, діяльнісного підходу, оцінки ергономічності та широкого впровадження останніх наукових досягнень.

До того ж С.П.Величко зазначає, що систему ШФЕ слід розглядати як багатофункціональну ефективно діючу педагогічну систему, що здатна засобами експериментування активізувати пошуково-пізнавальну діяльність учнів. Ця система, на його думку, сприяє формуванню дійової системи знань з основ фізики та розвиткові мислення і творчих здібностей школярів.

Аналіз методичної літератури з фізики свідчить, що в сучасних умовах розбудови фізичної освіти вчителю мало пропоновано рекомендацій, які під час розв'язання навчальних проблем уможливлюють оцінювати природні явища як на якісному рівні, так і на кількісному рівні при поглибленому вивченні фізики, котрі давали б змогу встановлювати та перевіряти відповідні фізичні закони й закономірності. У цьому аспекті особливе місце належить різним видам навчального експерименту, спрямованим на виконання учнями самостійних досліджень і встановлення фізичних закономірностей, зокрема під час вивчення оптичних явищ.

Важливе значення у навчанні фізики мають досліди, що ілюструють практичне використання властивостей світла та спрямовані на застосування відповідних методів дослідження в оптиці. Дужеважливою є постановка дослідів з виявлення характеру розподілу енергії світла в різних оптичних явищах та досліди, які допомагають кількісно оцінювати розподіл світлової енергії.

Вивчення та аналіз пропозицій, які даються в методичній літературі з фізики, показують, що відтворення значної кількості дослідів з оптики в умовах школи вимагає досить різноманітного матеріального оснащення кабінету фізики й поряд з цим високої майстерності від учителя, а також наявності приладів, котрі взагалі не виготовляються, або їхнє виготовлення ускладнене. Тому розробка доцільної системи ШФЕ потребує створення відповідних засобів і навчального обладнання та методичних вказівок для відтворення різноманітних дослідів у шкільних чи домашніх умовах.

Таким чином, в умовах сучасного розвитку й подальшої розбудови фізичної освіти та вдосконалення методики навчання фізики виокремлюється серія протиріч, які зводяться до того, що, з одного боку, розширення змісту навчального матеріалу та глибший його аналіз вимагає нових навчальних дослідів, котрі ілюструють сучасні наукові досягнення в галузі оптики, передбачається значна активізація як розумової, так і практичної самостійної діяльності школярів у навчально-виховному процесі (НВП) з фізики, доцільним убачається можливість кількісної оцінки оптичного випромінювання та основних його закономірностей. Вартим і доречним є використання навчальних приладів та їхніх комплектів, які будуються на напівпровідниковій базі. З другого боку, вчитель на практиці працює і має справу з уже застарілими рекомендаціями стосовно постановки навчальних експериментів з оптики, використовує таке обладнання і прилади, котрі вже і морально, і технічно застарілі й не дають можливості кількісно оцінювати оптичні явища. Разом з тим, не вистачає необхідних комплектів для простого забезпечення самостійної навчальної роботи учнів, не кажучи вже про активізацію пізнавально-пошукової, дослідницької діяльності школярів і т.п.

Поряд з цим аналіз переконує, що багато тем і розділів, які вивчаються у ШКФ, на сьогодні недостатньо забезпечені взагалі навчальним обладнанням, необхідною системою навчального експерименту, методичними рекомендаціями із упровадження в шкільний фізичний експеримент сучасних джерел оптичного випромінювання та пристроїв для його реєстрації, програмно-педагогічного забезпечення, особливо це стосується питань з оптики та квантової фізики. До того ж варто додати, що зараз в Україні ще не налагоджене промислове виробництво навчального обладнання з фізики й особливо того, що вкрай необхідне для реалізації сучасних підходів у навчанні.

Виходячи з цього, нами вибрана тема дисертаційного дослідження "Дидактичні основи розробки та використання сучасних джерел випромінювання у шкільному фізичному експерименті".

Актуальність теми зумовлена тим, що в сучасних умовах розбудови фізичної освіти в середніх і педагогічних вищих навчальних закладах вивчення фізики за профільними програмами актуалізує проблему розробки та запровадження активних методів і сучасних засобів навчання, що найбільшою мірою відповідають змісту шкільного курсу фізики та запитам учнів з метою формування знань, уміньі навичок й сприяння розвитку здібностей і реалізації можливостей, бажань і планів на майбутнє кожного випускника.

У дидактичному аспекті у навчанні фізики досить важливою та актуальною проблемою є необхідність створення такої системи шкільного фізичного експерименту та засобів її відтворення й методичного забезпечення, яка уможливлює оптимально реалізувати основні завдання навчально-виховного процесу з урахуванням діяльнісного підходу, та особистісно орієнтованого навчання, активізації самостійної пошукової діяльності учнів та останніх наукових досягнень і тих методів дослідження, на яких вони ґрунтуються, бо ознайомлення учнів і студентів - майбутніх учителів з основами експериментальних фізичних методів дослідження природних явищ і процесів формує правильне світорозуміння, дає кожному з них правильне уявлення про навколишній світ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Обраний напрямок дослідження пов'язаний із циклом досліджень, що проводиться спільно кафедрою фізики та методики її викладання Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка й Інститутом інформаційних технологій і засобів навчання АПН України відповідно до теми "Дидактичні засади формування комп'ютерно орієнтованого навчального середовища" (держ.реєстр № 0100U002033; 2000-2002 р.р.).

Тему дисертації затверджено Вченою радою Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка (протокол № 8 від 26.02.2001 р.) та узгоджено в Раді з координації наукових досліджень АПН України в галузі педагогіки та психології ( протокол № 5 від 29.05.2001 р.).

У ході дослідження об'єктом обрано навчально-виховний процес з фізики в умовах диференційованого навчання .

Предмет дослідження: дидактичні основи створення навчального фізичного експерименту для кількісної оцінки оптичного випромінювання і спектрів та ознайомлення учнів з використанням спектральних методів дослідження.

Мета дослідження полягає у поліпшенні методики формування в учнів уявлень про джерела оптичного випромінювання, спектральний метод дослідження фізичних явищ та у розробці нового навчального експерименту та обладнання для підвищення ефективності навчально-виховного процесу з квантової фізики.

В основу дослідження покладена гіпотеза про те, що навчальний фізичний експеримент на основі кількісної оцінки оптичного випромінювання і спектрів дає можливість підвищити ефективність навчання фізики й активізувати самостійну навчальну пошукову діяльність учнів та їхню зацікавленість до фізичних знань.

Відповідно до поставленої мети під час дослідження планувалися такі завдання:

- аналіз процесу навчання з фізики та шкільного фізичного експерименту, а також виявлення напрямків подальшого його вдосконалення і можливостей використання нових навчальних приладів та обладнання з оптики;

- проектування, розробка та виготовлення на основі сформульованих дидактичних засад навчального комплекту для кількісної оцінки оптичного випромінювання і спектрів з урахуванням сучасних наукових і технічних досягнень та сучасних засобів експериментування;

- розробка методики і методичних рекомендацій для якісного виконання і запровадження різних видів шкільного фізичного експерименту з оптики і квантової фізики в умовах диференційованого навчання;

- експериментальна перевірка та експертна оцінка одержаних результатів.

Виходячи із уявлень про навчальний процес як процес спільної діяльності вчителя й учнів, де підвищується роль самого учня, та про основні напрямки сучасного вдосконалення фізичної освіти, створення системи навчального експерименту на основі широкого запровадження експериментальних методів дослідження оптичних і квантових явищ повинно ґрунтуватися на таких засадах:

1. За умов успішного вирішення засобами шкільного експериментування проблеми кількісної оцінки оптичного випромінювання та визначення енергетичних і частотних його характеристик (тобто визначення інтенсивності світла і довжини світлових хвиль) система шкільного фізичного експерименту має більшою мірою ґрунтуватися на спектральному методі дослідження оптичних закономірностей та будови атома і суттєво розширити приклади використання цього методу під час диференційованого вивчення основ квантової фізики.

2. Ці обставини вимагають, щоб навчальний матеріал з основ спектрального аналізу в умовах профільного навчання викладався у такій логічній послідовності, яка дає змогу узагальнювати та систематизувати раніше набуті знання учнів про спектри, а також ураховувати останні наукові досягнення, сучасні підходи в пізнанні природних явищ і процесів, уособлюючи самостійну пошуково-дослідну роботу учнів. Зміст навчального матеріалу повинен будуватися на вже наявних у школярів знаннях з фізики та одночасно висвітлювати досить вагомі питання про спектри та їхні закономірності.

3. У процесі з'ясування поняття про спектр поряд з теоретичним методом його розкриття широко має використовуватися експериментальний метод на основі нового сучасного обладнання в галузі спектроскопії. Раціональним убачається такий напрямок у розвитку цієї проблеми, щоб у навчанні мало місце поєднання їх у вигляді загальнонаукового методу пізнання природи. Тому доцільно розробити відповідну систему різних видів шкільного фізичного експерименту на основі сучасних джерел випромінювання й теоретично обґрунтувати запровадження їх у процесі диференційованого навчання на основі спектрального аналізу.

4. В умовах реалізації фізичної освіти за вже затвердженими профільними програмами з фізики, не розширюючи та не поглиблюючи зміст теоретичного навчального матеріалу про основиспектрального аналізу, необхідна розробка відповідного методичного забезпечення у вигляді методичних рекомендацій і порад чи інструкцій до виконання різних експериментів і лабораторних досліджень.

5. Виходячи із зазначеного, система ШФЕ повинна бути спрямованою не лише на якісне, науково й методично обґрунтоване викладання змісту основ спектрального аналізу, що забезпечується навчальною діяльністю вчителя, а й на пошуково-пізнавальну діяльність учнів. Тому система запропонованих навчальних досліджень повинна відповідати запитам, інтересам учнів і враховувати їхні здібності, можливості, а також розвивати й стимулювати їхню зацікавленість до пізнання квантових закономірностей та застосовувати їх для пояснення явищ та процесів у повсякденному житті.

6. Створювана система навчального експерименту з оптики має враховувати і вправи, спрямовані на поступове ускладнення та систематичне повторення і закріплення навчального матеріалу про спектри. Методика закріплення та повторення матеріалу повинна містити самостійні досліди та спостереження учнів, бо саме вони сприяють розвитку логічного мислення школярів, навчають глибше проникати в сутність об'єкта вивчення, розвивають винахідливість, допитливість, кмітливість, стимулюють бажання пізнавати навколишній світ та активізують самостійну пізнавально-пошукову діяльність учнів.

7. З урахуванням сучасних тенденцій розвитку ШФЕ як багато функціональної ефективної дидактичної системи пропонована система навчальних дослідів з оптики і будови атома має бути орієнтованою на впровадження нових сучасних технологій та засобів їхньої реалізації. Поряд з розробкою нового обладнання і методичних рекомендацій до цієї системи з основ спектрального аналізу мають увійти технічні засоби, а також комп'ютерна техніка й ЕОМ. А тому важливим чинником є створення програмних засобів, які дають змогу виконувати комп'ютерне моделювання, найкращим чином поєднуючи його з реальними фізичними дослідами. Це сприятиме формуванню науково-природничого світогляду та ознайомленню учнів із сучасними науковими методами пізнання природи.

Теоретико-методологічною основою дослідження є Закон України "Про освіту"; Закон України "Про загальну середню освіту", Державний стандарт загальної середньої освіти, Концепція профільного навчання в старшій школі, особистісно-орієнтований підхід до навчання, теорія поетапного формування розумових дій, принципи дидактики та педагогічної ергономіки, теорія шкільного фізичного експерименту, діяльнісно-системний підхід до розвитку пізнавально-пошукової активності учнів.

Під час дослідження були використані такі методи:

- аналіз навчального фізичного експерименту та засобів його відтворення в галузі оптики й будови атома;

- аналіз наукової, навчальної, методичної та психолого-педагогічної літератури з проблем висвітлення у курсі фізики питань наукових досягнень у галузі спектроскопії;

- конструювання та створення нового обладнання для навчальних цілей та висвітлення основ спектрального аналізу, розробка і створення системи різних видів навчального експерименту, методичного забезпечення для реалізації системи експерименту;

- експериментальна перевірка системи ШФЕ для вивчення можливостей її запровадження в процесі навчання фізики;

- експертна оцінка розробленого обладнання та навчального експерименту з оптики і будови атома;

- статистичні методи оцінки результатів педагогічного дослідження. Дослідження проводилось у чотири етапи :

I етап (1996 - 1998 р.р.) - аналіз навчальних програм, посібників і підручників з фізики, запропонованих для загальноосвітньої школи та вищих навчальних закладів, аналіз науково-методичної літератури та дисертацій з проблеми дослідження, відвіданих уроків, бесід з учителями щодо стану матеріального забезпечення кабінетів і лабораторій з фізики відповідним навчальним обладнанням та дидактичними вимогами до фізичного експерименту й методичним забезпеченням навчального експерименту на основі наявної матеріально-технічної бази.

II етап (1999 - 2000 р.р.) - розглянуті способи модернізації наявного обладнання та проектування, створення й виготовлення нових навчальних приладів та окремих елементів і лабораторне їхнє випробування: джерела еталонного випромінювання ДЕВ - 3Н на напівпровідниковій основі, фотометра інтегрального ФІ - 2 та болометра, які були згодом виготовлені та об'єднані і склали комплект кількісної оцінки оптичного випромінювання.

III етап (2001 - 2004 р.р.) - розробка та лабораторні випробування відповідної системи навчальних фронтальних дослідів і спостережень, демонстрацій, лабораторних робіт, робіт фізичного практикуму, експериментальних задач та самостійних домашніх дослідів з використанням створеного навчального обладнання та поширених засобів експериментування. Результати досліджень цього етапу склали зміст посібника, який був виданий 2002 року і пропонувався для апробації у різних середніх навчальних закладах. Вивчалися можливості використання комп'ютерної техніки в навчанні фізики, у проведенні окремих дослідів та обчислення одержаних експериментальних даних, побудова на основі експериментального дослідження графіків та діаграм, які розкривали реальність проведеного експерименту з дослідження того чи іншого фізичного явища або процесу.

IV етап (2005 - 2006 р.р.) - перевірялися рекомендації ефективного застосування створеного комплекту ККООВ у середніх загальноосвітніх закладах різного типу і профілю, Кіровоградському обласному ІППО, в КДПУ ім.В.Винниченка. Зазначені рекомендації склали зміст доповненого і переробленого посібника. Одночасно результати дослідження були подані для оцінки й експертизи комісії Кіровоградської обласної державної адміністрації, за наслідками якої присуджено автору грантдля молодих науковців. Доопрацьовано посібник та видано його другим виданням, яке було схвалене й рекомендоване до друку методичною комісією Міністерства освіти і науки України (лист МОН України № 14/18.2-2810 від 27.12.2004р.). Ця експертиза дає підстави вважати результати дослідження впровадженими в практику в середніх загальноосвітніх та педагогічних вищих навчальних закладах в умовах диференційованого навчання фізики. Одночасно проводилося оформлення результатів дослідження.

Наукова новизна виконаного дослідження полягає у тому, що:

- теоретично обґрунтована й доведена доцільність подальшого вдосконалення системи шкільного фізичного експерименту та навчального обладнання з оптики і будови атома на основі сформульованих концептуальних засад;

- концептуально обґрунтовано й створено сучасний варіант системи ШФЕ, яка активізує пізнавально-пошукову та навчально-дослідницьку діяльність учнів і підвищує їхній інтерес до пізнання природних явищ;

- сконструйовані нові засоби експериментування, які склали навчальний комплект кількісної оцінки під час вивчення оптичних та квантових закономірностей;

Теоретична значущість полягає в тому, що:

- виявлені тенденції, основні напрямки та особливості розвитку ШФЕ з оптики і будови атома на основі запровадження спектрального методу дослідження в практику диференційованого навчання фізики;

- сформульовані концептуальні засади створення та запровадження сучасного навчального експерименту та засобів наочності з оптики і будови атома;

- спроектовано й розроблено конструкції нових навчальних приладів на напівпровідниковій основі та оригінального навчального комплекту для кількісної оцінки оптичних і квантових закономірностей.

Практичне значення роботи визначає створена й упроваджена в практику профільного навчання система навчального експерименту та обладнання з фізики, яка сприяє ефективному ознайомленню учнів з експериментальними методами дослідження питань з оптики та квантової фізики й активізує самостійну дослідницьку навчальну діяльність учнів; розроблені навчальні експерименти та виготовлене нове навчальне обладнання дозволяє дати кількісну оцінку оптичному випромінюванню і спектрам та розширити запровадження спектрального методу дослідження у ШФЕ; методика виконання рекомендованих навчальних експериментів апробована відповідно до профільних програм диференційованого навчання фізики в середніх загальноосвітніх закладах різного профілю й опублікована у 2-х посібниках, один з яких рекомендований до друку Міністерством освіти і науки України.

Вірогідність отриманих результатів дослідження забезпечується відповідністю засадних положень дисертації основним напрямкам розвитку педагогічної науки в Україні та за кордоном,підтверджується адекватністю мети завданням дослідження, різнобічною апробацією основних положень у ході експериментальної перевірки, а також обговоренням результатів дослідження на багатьох конференціях і семінарах та практичною реалізацією методичних розробок у навчальному процесі в середніх та педагогічних вищих навчальних закладах.

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

Е П Сірик - Дидактичні основи розробки та використання сучасних джерел випромінювання у шкільному фізичному експерименті