Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, кандидат педагогических наук Бит-Давид, Елена Львовна

• Бит-Давид, Елена Львовна
• кандидат педагогических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат педагогических наук Бит-Давид, Елена Львовна

Введение.

Глава 1. Теоретические аспекты проблемы развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе обучения решению задач по физике

1.1. Мышление старшеклассников и его развитие в процессе обучения

1.2. Развитие абстрактно-логического мышления учащихся в процессе обучения решению задач по физике.

1.3. Оценка уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся в процессе решения учебных физических задач (констатирующий эксперимент).

Глава 2. Модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе обучения решению задач по физике

2.1. Алгоритмы учебных физических задач и их классификация.

2.2. Обобщенный алгоритм решения задач по физике как средство формирования обобщенного комплексного умения.

2.3. Методика обучения учащихся решению задач с помощью обобщенного алгоритма, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления .:.

2.4. Обеспечение индивидуально-дифференцированного подхода путем варьирования обобщенного алгоритма с учетом уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Глава 3. Организация и результаты педагогического эксперимента 3.1. Задачи и методика проведения эксперимента.

3.2. Отбор контрольной и экспериментальной групп учащихся.

3.3. Результаты эксперимента.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ»

Общая характеристика работы

Актуальность исследования обусловлена инновационными изменениями в содержании профессиональной деятельности человека, вызванными новыми социально-экономическими условиями и быстрым развитием современных информационных технологий. Особое значение в этих условиях приобретает информационная культура общества. Происходящие в обществе изменения ставят каждого человека перед необходимостью учиться всю жизнь. Добиться успеха в любой сфере профессиональной деятельности может человек с высоким уровнем развития мышления, в частности, абстрактно-логического.

Выпускник школы, будущий специалист должен уметь нестандартно подходить к решению известных проблем, намечать пути решения вновь появляющихся. Новые задачи требуют от учащихся умений анализировать, синтезировать, конкретизировать, абстрагировать, сравнивать, обобщать, а также логично, доказательно и обоснованно строить цепь суждений и умозаключений, т.е. высокого уровня развития абстрактно-логического мышления. Высокий уровень развития абстрактно-логического мышления -одно из основных условий положительной социализации человека в современном обществе, конкурентоспособности на рынке труда.

Вместе с тем, В. Гузеев, В.Г. Разумовский, Ю.И. Дик, Н.И. Нурминский подчеркивают, что уровень развития абстрактно-логического мышления учащихся не соответствует социальному заказу общества. В связи с этим возникает необходимость совершенствования путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников.

Развитию конкретных видов мышления в процессе обучения физике посвящены работы Н.Е. Важеевской (диалектического), А.В. Коржуева теоретического), Е.Н. Поляковой (логического), Р.И. Малафеева и В.Г. Разумовского (творческого) и др.

Общие вопросы развития мышления учащихся в процессе обучения решению задач по физике рассматриваются в трудах В.Е. Володарского, Н.М. Зверевой, JI.A. Ивановой, С.Е. Каменецкого, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой и др. Ученые-методисты определяют решение физической задачи как мыслительный процесс, обосновывают его развивающую функцию (различные изменения в знаниях, умениях, способностях, развитии личности учащегося).

В трудах ученых-методистов В.И. Гутмана, В.Н. Мощанского, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой и др. показано, что применение алгоритмов в процессе обучения решению задач по физике повышает уровень обученности учащихся решать задачи по физике и создает предпосылки повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Однако методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ, недостаточно теоретически обоснована и экспериментально разработана.

Актуальность проблемы повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов в процессе обучения решению задач по физике с применением алгоритмов обусловлена рядом противоречий между:

- потребностью в выпускниках, обладающих высоким уровнем развития абстрактно-логического мышления, и недостаточной разработанностью методики обучения решению задач по физике, способствующей повышению уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов;

- увеличением роли алгоритмизации производственных технологических процессов и недостаточной теоретической обоснованностью и практической разработанностью методики руководства учебной и мыслительной деятельностью учащихся с помощью алгоритмов;

- большими потенциальными возможностями применения алгоритмов для обеспечения индивидуально-дифференцированного подхода в процессе обучения и традиционным применением алгоритмов во фронтальных формах учебной работы по физике современной школы.

Эти противоречия определили проблему исследования, суть которой состоит в определении путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся при решении задач по физике с помощью алгоритмов.

Актуальность данной проблемы определила тему исследования: «Методика применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ».

Цель работы - обоснование и разработка методики применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающей повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ.

Объект исследования - процесс обучения учащихся старших классов решению задач по физике с применением алгоритмов.

Предмет исследования - развитие абстрактно-логического мышления учащихся старших классов в ходе решения физических задач с применением алгоритмов.

В основу исследования положена гипотеза, согласно которой рост уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся обеспечивается дифференцированным варьированием обобщенного алгоритма решения физических задач.

В качестве критериев роста уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе решения задач по физике нами выбраны:

- увеличение объема знаний учащихся по физике;

- повышение уровня сформированности операций мышления;

- повышение качества решения задач учащимися (усвоение структуры и содержания обобщенного алгоритма решения задач по физике, увеличение количества и физической сложности задач, решаемых самостоятельно, уменьшение времени, затрачиваемого на решение задач).

Для реализации поставленной цели и проверки гипотезы были выдвинуты следующие задачи:

1. Провести междисциплинарный ' анализ теоретической разработанности проблемы развития абстрактно-логического мышления старшеклассников.

2. Проанализировать уровни развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов средних общеобразовательных школ и исследовать корреляцию между уровнем развития абстрактно-логического мышления старшеклассников и умением решать задачи.

3. Определить условия, обуславливающие развитие абстрактно-логического мышления старшеклассников в процессе решения учебных физических задач с применением алгоритмов.

4. Разработать комплекс задач по физике и соответствующих им видов обобщенного алгоритма для учащихся с различным уровнем развития абстрактно-логического мышления.

5. Разработать методику индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся при обучении решению учебных физических задач с применением алгоритмов.

6. Доказать, что разработанная методика применения алгоритмов решения учебных физических задач способствует повышению уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Методолого-теоретической основой исследования явились:

- психологическая теория формирования и развития личности (А. Бине, JI.C. Выготский, П.Я. Гальперин, Г. Крэйг, А.Н. Леонтьев, C.JI. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина);

- психолого-педагогические закономерности формирования умственных действий и процесса решения физических задач (Г.А. Балл, Н.Е. Важеевская, В.Е. Володарский, П.Я. Гальперин, Н.М. Зверева, JI.A. Иванова, Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова, С.Е. Каменецкий, А.В. Коржуев, В. А. Крутецкий, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Р.И. Малафеев, Д. Пойя, Н.Н. Тулькибаева, В.Г. Разумовский, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова, Л.М. Фридман);

- теория формирования обобщенных умений и навыков (Е.Н. Кабанова-Меллер, З.И. Калмыкова, Д. Пойя, Л.М. Фридман, А.В. Усова);

- теория использования алгоритмов для повышения уровня мышления учащихся в процессе решения задач (Б.А. Гохват, В.И. Гутман, Л.Н. Ланда, Д.В. Левченко, В.Н. Мощанский, Н.Ф. Талызина);

- теория и практика индивидуализации процесса обучения (Г.Д. Глейзер, Ю.Н. Кулюткина, Г.С. Сухобская, Н.С. Пурышева, Е.С. Рабунский, Н.М. ШахМаев, Р.А. Утеева, И.Э. Унт);

- теория и практика конструирования педагогических тестов (Ю.М. Нейман, Б.У. Родионов, О.А. Татур, В.А. Хлебников, М.Б. Челышкова).

Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования: теоретические (анализ, синтез, проектирование и др.), эмпирические (анкетирование, наблюдение, опрос, хронометрирование, тестирование, педагогический эксперимент).

Исследование проводилось в три этапа.

Первый этап (2001 - 2002 гг.) - изучение проблемы в философской, психолого-педагогической, методической литературе; анализ и обобщение передового педагогического опыта по обучению решению задач по физике с применением алгоритмов; определение цели, предмета, задач исследования; формулирование рабочей гипотезы; разработка и проведение констатирующего эксперимента.

Второй этап (2002 - 2003 гг.) - теоретическая разработка и экспериментальная проверка методики обучения решению учебных физических задач с использованием алгоритмов, направленной на повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов.

Третий этап (2003 - 2004 гг.) - анализ и обобщение полученных результатов, позволивших подтвердить гипотезу исследования; корректировка отдельных элементов разработанной методики; внедрение методики в учебный процесс подготовительных отделений Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназии №53 г. Пензы.

Базой для проведения исследования ' явились подготовительные отделения Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназия №53 г. Пензы, средние общеобразовательные школы г. Пензы №4, 10, 41. В зависимости от цели объем выборки педагогического эксперимента включал от 15 до 1156 человек.

Научная новизна выполненного исследования заключается в обосновании возможности и целесообразности использования алгоритмов в процессе обучения решению задач по физике как одного из путей повышения уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов; создании модели деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью дифференцированного варьирования обобщенного алгоритма решения физических задач.

Теоретическая значимость исследования состоит в определении:

- критериев и показателей, позволяющих выявить в процессе решения учебных задач по физике уровень развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов;

- принципа варьирования обобщенного алгоритма решения физических задач по логической структуре;

- модели деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников с помощью обобщенного алгоритма решения задач;

- понятий: элементарного алгоритма решения учебной физической задачи, интенсивной и экстенсивной составляющих физической сложности учебных задач по физике.

Практическая значимость исследования состоит в том, что разработаны:

- методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся старших классов при решении физических задач с помощью алгоритмов, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся;

- комплекс задач по физике и соответствующих им видов обобщенного алгоритма для учащихся с различным уровнем развития абстрактно-логического мышления.

- дидактические материалы по руководству решением задач по физике в процессе обучения с применением обобщенного алгоритма, дифференцируемого по логической структуре.

На защиту выносятся:

1. Обоснование возможности и целесообразности использования алгоритмов в процессе решения физических задач как одного из путей развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов.

2. Принцип варьирования обобщенного алгоритма решения учебных физических задач.

3. Методика индивидуально-дифференцированного подхода к учащимся старших классов при решении физических задач с помощью алгоритмов, обеспечивающая повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся.

Апробация материалов исследования и внедрение его результатов в практику осуществлялась в рамках опытно-экспериментальной работы и естественного целостного педагогического процесса обучения физике на подготовительных отделениях Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназии №53 г. Пензы.

Основные положения, материалы и результаты исследования обсуждались на научно-методической сессии Московского педагогического государственного университета (Москва, 2003, 2004 гг.); на седьмой Международной конференции «Физика в системе современного образования» (С.-Петербург, 2003 г.); на Всероссийских научно-практических конференциях «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в условиях модернизации российского образования» (Екатеринбург, 2003 г., 2004 г); на Всероссийской научно-методической конференции «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования» (Нижний Новгород, 2004 г.); на десятой Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых (Москва, 2004 г.); на Международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы преподавания физики» (Пенза, 2002 г., 2004 г.) и научно-методических семинарах учителей физики г. Пензы. Модель деятельности учителя физики по повышению уровня развития абстрактно-логического мышления с помощью обобщенного алгоритма решения задач по физике внедрена в педагогический процесс подготовительных отделений Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета, гимназии №53 г. Пензы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка (174 источника) и приложений; объем диссертации составляет 205 страниц (основной текст 162 страницы), включая 17 таблиц и 18 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Бит-Давид, Елена Львовна

Выводы по второй главе

1. Применение обобщенного алгоритма решения физических задач при формировании комплексного обобщенного умения решать задачи создает предпосылки развития абстрактно-логического мышления.

2. Обобщенный алгоритм решения задач по физике обеспечивает осуществление переноса знаний, умений, навыков из одной предметной области в другую, что требует от учащихся широкого применения операций мышления, повышает их уровень абстрактно-логического мышления.

3. Применение основ информатики при обучении физике позволило, варьировать обобщенный алгоритм решения задач по виду блок-схем, представляющих его в конкретных задач.

4. Виды обобщенного алгоритма решения задач по физике в зависимости от вида блок-схемы представлены следующей системой алгоритмов: 1) алгоритм в виде цепочки последовательных действий;

2) простой алгоритм, содержащий логическое условие «если ., то .»;

3) комбинированный алгоритм; 4) разветвленный; 5) содержащий подалгоритм, переопределяющий условие задачи.

5. Успешное развитие абстрактно-логического мышления учащихся при решении задач по физике с использованием обобщенного алгоритма возможно, если выполняются следующие условия:

- осуществляется планомерный, поэтапный переход от алгоритмов первого вида к алгоритмам пятого вида;

- в процессе обучения учащихся методам решения задач с помощью предложенной системы алгоритмов реализуется проблемный подход, целенаправленно формируются операции мышления;

- используются такие приемы, как решение задач-ловушек, задач с дополнительными требованиями, составление и использование справочных руководств по решению задач;

- экспериментально определена объективная сложность каждой задачи и степень ее трудности, создан комплекс задач, включающий в себя наборы задач различной трудности;

- произведена классификация возможных алгоритмов решения задач по соответствующей им трудности;

- разработаны и систематически применяются индивидуальные карточки помощи, являющиеся руководством по решению задач разной степени трудности с использованием соответствующих алгоритмов;

- систематически осуществляется педагогическое регулирование учебной деятельностью учащихся в процессе решения задач с помощью индивидуально подобранного для них комплекса задач и соответствующих им алгоритмов различной трудности, адекватных уровню развития абстрактно-логического мышления обучаемых.

ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО

ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. Задачи и методика проведения эксперимента

В соответствии с целью исследования .- обосновать и разработать методику применения алгоритмов решения физических задач, обеспечивающую повышение уровня развития абстрактно-логического мышления учащихся старших классов общеобразовательных школ - были определены критерии оценки уровня развития абстрактно-логического мышления. Опираясь на концепции развития мышления психологов, педагогов, методистов, таких как: Н.Е. Важеевская, Л.С. Выготский, С.Е. Каменецкий, З.И. Калмыкова, Р.И. Малафеев, Н.А. Менчинская, A.M. Матюшкин, М.И. Махмутов, Р.С. Немов, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, С.Л. Рубинштейн, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова за показатели уровня развития абстрактно-логического мышления мы приняли: 1) объем знаний учащихся по физике; 2) сформированное^ операций мышления; 3) качество решения задач учащимися (уменьшение времени, затрачиваемого на решение задач; увеличение количества и физической сложности задач, решаемых самостоятельно; усвоение структуры и содержания обобщенного алгоритма решения задач по физике).

Это определило выбор методов, конкретных методик и различных видов педагогического эксперимента.

Достоверность полученных экспериментальных результатов оценивалась методами математической статистики для малой выборки, средние взвешенные показатели каждой выборки сравнивались по t- и F-критериям при уровне вероятности 0,95 [144; 145].

Исследование состояло в изучении проблемы мышления и развития абстрактно-логического мышления в психологической, педагогической, методической литературе, трудах по проблемам развития абстрактнологического мышления при обучении физике и, в частности, с помощью применения алгоритма решения задач по физике; в педагогическом эксперименте; литературном оформлении диссертации.

Педагогический эксперимент проводился в течение 2001 - 2004 гг. с учащимися старших классов школ г. Пензы и Пензенской области. Эксперимент проводился в три этапа:

I этап - констатирующий (2001/2002 учебный год).

На этом этапе исследованы особенности мышления учащихся старших классов, выявлены критерии, показатели уровня развития абстрактно-логического мышления старшеклассников на примере учащихся средних школ г. Пензы и Пензенской области.

II этап - формирующий эксперимент (2002/2003). Определен состав контрольной и экспериментальной групп учащихся. Разработана и применена экспериментальная методика обучения решению учебных физических задач с использованием алгоритмов, направленная на повышение уровня развития абстрактно-логического мышления. Останавливаться на описании этого этапа нет необходимости, поскольку он в достаточной мере представлен по каждой главе диссертации. Заметим только, что при этом были рассмотрены оценки по физике в документах 1156 учащихся, поступивших в высшие учебные заведения; изучено 62 доклада учителей; проанкетировано 73 учителя физики. Было проведено по предлагаемой методике 133 урока физики в школах города Пензы.

III этап - контрольный (2003/2004). Данный этап включает изучение влияния разработанной методики применения алгоритмов в процессе обучения решению учебных физических задач на развитие уровня абстрактно-логического мышления старшеклассников.

В зависимости от цели объем выборки педагогического эксперимента включал от 15 до 1156 человек.

3.2. Отбор контрольной и экспериментальной групп старшеклассников

Эксперимент проводился в условиях реформирования современной системы образования. Одним из направлений проводимой реформы является создание системы специализированной подготовки (профильного обучения) в старших классах общеобразовательной школы.

В ходе эксперимента был проведен опрос 1156 учащихся старших классов г. Пензы. Результаты опроса свидетельствуют о том, что 86% учащихся старших классов определились с выбором возможной сферы профессиональной деятельности. 78% определились с выбором вуза, 27% из них ориентированы на то, что при поступлении в вуз им необходимо пройти вступительные испытания по физике. Большинство учащихся группы, ориентированной на вступительные испытания (57,4%), посещают занятия по физике вне школы (посещают факультативы, занимаются с репетитором, являются слушателями подготовительных отделений вузов), поэтому можно считать, что профессиональное самоопределение этих учащихся состоялось. Именно из этой группы были отобраны старшеклассники для участия в формирующем этапе эксперимента: старшеклассники, посещающие подготовительные отделения физико-математического факультета Пензенского государственного университета и Пензенского государственного педагогического университета. Всего 223 человека (5 групп). Характерной особенностью этих групп, является их различие по уровню знаний по физике, по уровню развития абстрактно-логического мышления.

Для выявления контрольной и экспериментальной групп потребовалось отобрать наиболее сравнимые по уровню знаний по физике и уровню развития абстрактно-логического мышления учащихся группы.

Уровень знаний по физике каждой из групп определялся на основе расчета среднего балла оценок учащихся. Оценки выставлялись тремя независимыми экспертами. Получены следующие значения средних баллов оценок по физике для учащихся пяти групп для р = 0,95:

Б] ~ (3,44±0,18) - средний балл первой группы учащихся Б2 ~ (3,46±0,18) - средний балл второй группы учащихся />, ~ (3,33±0,20) - средний балл третьей группы учащихся ~ (3,41±0,11) - средний балл четвертой группы учащихся Б, ~ (3,37±0,16) - средний балл пятой группы учащихся Построены полигоны оценок (рисунки 11 - 15). Из рисунков видно, что полученные полигоны распределения оценок физических знаний учащихся исследуемых групп отличаются друг от друга. Поэтому произведен расчет дисперсии, асимметрии и эксцесса распределения оценок учащихся различных групп, результаты приведены в сводной расчетной таблице 15. Для расчета использовалась методика, предложенная Е.В. Сидоренко [144].