Обучение решению физических задач посредством организации продуктивной познавательной деятельности учащихся

East Siberian State Technological University Russia, Ulan-Ude, Klyuchevskaya str., 40(c)

The teaching of physical tasks by means of the product experience work

The article is devoted to the technology of the organization of productive cognitive activity while training to the decision of physical problems which efficiency was checked during The carrying out of pedagogical experiment.

Самой важной целью педагогики во все времена была подготовка подрастающего поколения для осуществления активного взаимодействия общества с окружающей действительностью. Такая социальная деятельность направлена, прежде всего, на обеспечение нормального функционирования общества, на удовлетворение его насущных потребностей. Современная образовательная ситуация, связанная с динамично идущим переходом от индустриального общества к постиндустриальному и информационному, в значительной степени опирается на использование потенциальных возможностей образовательной системы. Модернизация российского образования, целью которой является создание механизма устойчивого его развития, предполагает решение одной из самых важных приоритетных задач – достижение нового современного качества общего образования. Что, в свою очередь, немыслимо без ориентации общеобразовательной школы на индивидуальное развитие личности учащегося, его познавательных и продуктивных способностей.

Существенное изменение характера производственной деятельности привело к увеличению спроса на выпускников школ, не только владеющих системой определенных научных знаний, но и обладающих развитыми продуктивными способностями: ориентацией в нестандартных ситуациях, переносом имеющихся знаний в измененные условия, принятием нестандартных решений. Исследование, проведенное в 2003 г. в соответствии с « Программой международной оценки учащихся : мониторинг знаний и умений в новом тысячелетии » (PISA ), показало, что наши школьники, имея достаточно высокий уровень предметных знаний, значительно отстают от своих сверстников из многих стран в умении применять эти знания на практике, работать с различными источниками информации, а также выражать и обосновывать свою точку зрения. Поэтому остро встает задача развития личности учащихся и их продуктивных способностей с помощью продуктивной познавательной деятельности.

Под продуктивной познавательной деятельностью мы понимаем особый вид учебной деятельности, направленный на создание субъективно нового знания, для которого характерны следующие свойства:

• ■    осознание как способа получения нестандартного решения проблемы, так и самого оригинального продукта;

• ■    возможность переноса новых знаний в незнакомые, нестандартные ситуации и их трансформация применительно к новым условиям;

• ■    выход за рамки, созданные предшествующей деятельностью, ранее полученными знаниями, отказ от привычных действий;

• ■    достаточная самостоятельность при создании нового продукта.

Однако современная школа философами называется «капканом, выставленным человечеством у себя на пути», поскольку знания, преподносимые учителями, устанавливают определенные рамки, навязывают стереотипы мышления, за которые ученикам очень трудно бывает впоследствии выйти. Таким образом, разработка продуктивных технологий становится объективной необходимостью, которая обусловливается современным уровнем развития науки и техники и стремительно меняющимся окружающим миром.

Нельзя забывать о специфике предмета «Физика». А она такова, что ученику требуется усвоить большой объем теоретического материала, без которого невозможно решать задачи. Поскольку решение задач является одним из важнейших средств развития познавательных способностей учащихся. Вместе с тем, оно является наиболее сложным видом деятельности. Результаты опроса учащихся, проведенного в ходе констатирующего эксперимента, показывают, что примерно у 75% из них процесс решения физических задач вызывает серьезные трудности, поскольку задачи часто служат лишь средством усвоения и запоминания основных формул. Что подтверждает результаты более ранних исследований С.Е. Каменецкого, В.П. Орехова, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой, Л.М. Фридмана и др. Следовательно, на протяжении последних двух-трех десятилетий проблема остается актуальной, что, на наш взгляд, связано с репродуктивным характером процесса передачи знаний.

Анализ состояния проблемы развития продуктивных способностей учащихся при обучении физике привел, прежде всего, к необходимости уточнения понятия «познавательной деятельности», как деятельности, направленной на овладение знаниями и способами умственных действий, которая имеет следующую структуру (схема 1):

Исследование психологических аспектов продуктивной познавательной деятельности позволил выделить следующую ее структуру (схема 2):

Так, например, процесс приобретения знаний отождествляется с обучаемостью – такими свойствами психики учащихся, которые обеспечивают успешность учебной деятельности, быстроту и легкость в овладении новыми знаниями, широту их переноса, т.е. выступают как общие способности к учению. Процесс преобразования знаний характеризуется креативностью (общей творческой способностью), с ним связаны воображение, фантазии, продуцирование гипотез, т.е. уже сам по себе является продуктивной познавательной деятельностью. А процесс применения знаний психологами соотносится с интеллектом. Мы считаем, что процесс перехода от применения знаний к их приобретению является продуктивной познавательной деятельностью. Также нами были выделены дидактические аспекты продуктивной познавательной деятельности (схема 3), которые включают в себя цели, особенности организации продуктивной деятельности и требования к физическим задачам.

Схема 1. Структура познавательной деятельности

полный алгоритм решения задачи учащимся неизвестен ^ (измененные ситуации) ^

Познавательная деятельность

Схема 2. Структура продуктивной познавательной деятельности

Анализ социальных аспектов позволил нам выделить продуктивные способности и соответствующие продуктивные умения. Поскольку психологами установлено, что психические способности человека формируются и развиваются только в деятельности и через соответствующие умения (схема 4).

Схема 3 . Дидактические аспекты продуктивной познавательной деятельности

Дидактические аспекты продуктивной познаввтельной деятельности

• -    обеспечение достаточной самостоятельности создания продукта;

• -    обеспечение непрерывного повышения познавательного и личностного уровня развития учащихся

  
  
  

  • -    выделение главного в теоретических знаниях;

  • -    многократное повторение изученного материала;

  • -    актуализация имеющихся знаний и опыта учащихся;

  • -    оптимальность смены форм лед. взаимодействий;

  • -    соответствие способов умственных действий "эоне ближайшего развития" учащихся;

  • ■    отказ от непродуктивных видов работ

  
  
  
  
  

  • -    подбор задач должен обеспечивать системный подход;

  • ■    формулировки задач должны быть интересными, расширять кругозор, содержать парадоксы, повышать эрудицию;

  • -    обстановка при решении задач должна приближаться к работе по методу погружения

  
  

Так, например, способность к генерации идей как индивидуально, так и в коммуникации может формироваться через следующие умения:

• •    ставить цели, составлять и выполнять намеченный план, осознавать полученный результат;

• •    выполнять теоретические и экспериментальные исследования;

• •    видеть противоречия, формулировать проблемы, владеть различными способами решения задач, выявлять закономерности и обобщать.

Схема 4. Продуктивные способности и продуктивные умения учащихся

Умения

^_ _I

• -    выбора жизненных целей;

• -    адаптации к изменяющимся условиям жизни;

• -    планирования и осуществления учебной деятельности;

• -    генерации идей, их продуцированию как индивидуально, так и в коммуникации;

• -    воплощения добываемых знаний в духовные или материальные формы (опадание нового продукта);

• -    выхода за рамки предшествующего опыта, отказа от привычных I действий;

• -    самостоятельного продуцирова-^—^ I ния субъективно новых знаний Л/

• -    ставить цели, составлять и выполнять немеченый план, осознавать полученный результат;

• -    выполнять теоретические и экспериментальные исследования;

• -    выбрать методы познания, адекватных изучаемому объекту;

• -    видеть противоречия, формулировать проблемы, владеть различными способами решения задач, выявлять закономерности, обобщать

• -    самоопределиться в ситуациях выбора;

• -    понимать и оценить иные точки зрения, вступать в конструктивный диалог или спор;

• -    переносить имеющиеся знания в измененные условия, применять и преобразовывать их в нестандартных____ ситуациях

Организовать деятельность по генерации идей можно при помощи выполнения индивидуальных заданий, например, через решение логических цепочек:

PV

= — RT

M

PV М г ^ N =--- N Л

RT A

Е = — kT

E- = — ^v

^ v =

3 RT

M

А также при работе в малых группах, например, при решении творческих экспериментальных задач, таких как «Имея в распоряжении длинную нить, штатив, часы и груз, определить площадь стола». Кроме того, формировать способность к генерации идей можно при помощи решения задач-парадоксов и задач повышенной сложности. Развивать способность выхода за рамки предшествующего опыта, отказа от привычных действий можно с помощью умения переноса уже имеющихся знаний в измененные условия, их применения и преобразования в нестандартных ситуациях. Например, при решении качественных физических задач.

Поскольку мы выстраивали «задачецентрированную» модель технологии, то, необходимо подчеркнуть, что реализация всех этапов работы с теоретическим материалом происходит через решение задач, кроме, первоначального предъявления материала:

Причем, для осуществления управляемости (одного из критериев технологичности) с целью коррекции результатов обучения, возможно варьирование методов и форм.

Особенности технологии . Организация продуктивной познавательной деятельности учащихся может быть осуществлена с помощью следующих мер:

• 1.    Продуктивная актуализация теоретических знаний перед решением задач может быть реализована через: составление тестов учащимися; вывод формул по заданию учителя, работу с логическими цепочками; составление системообразующих схем, справочников или таблиц по изученному разделу; составление задач-таблиц; составление задач с использованием формул, указанных учителем, или логических цепочек .

• 2.    Решение задач, приводящих к получению новых знаний (познавательных задач) и установлению новых зависимостей между физическими параметрами.

• 3.    Подбор и использование системы задач репродуктивного характера, помогающих решению творческих заданий. При этом необходимо учитывать, что задания, как по виду, так и по содержанию должны быть разнообразными.

• 4.    Использование эвристических приемов в процессе обучения решению задач.

Схема 5. Модель технологии организации продуктивной познавательной деятельности учащихся при решении физических задач

В предлагаемой технологии теоретический материал структурируется вокруг основных физических законов, явлений и понятий. Дальнейшая отработка и закрепление материала, чаще всего, осуществляется репродуктивными способами – это либо письменное воспроизведение опорного конспекта, либо его «проговаривание». Причем, уже на этом этапе учащихся целесообразно вовлекать в продуктивную деятельность, например, через решение качественных задач.

Для этого мы разработали локальную технологию обучения решению качественных задач на основе одновременного анализа большой группы задач . Школьникам предлагается банк из 10-15 качественных задач, среди которых они должны выбрать только те примеры, которые относятся к заданию их варианта. При этом ученики вынуждены анализировать все предлагаемые задачи. Запись делают с помощью копировальной бумаги, оригинал остается в тетради у ученика, а копия сдается учителю сразу после окончания работы над задачами.

Деятельность учителя может быть представлена в следующих шагах:

• 1.    Выделение элементов проверяемых знаний.

• 2.    Составление (или подбор) системы качественных задач в соответствии с проверяемыми знаниями.

• 3.    Предъявление банка задач учащимся для решения.

• 4.    Проверка правильности решения.

Деятельность учащихся представлена на схеме 6.

Схема 6. Локальная технология обучения решению качественных задач на основе одновременного анализа большой группы задач

• деятельность учителя

деятельность учащихся

। 1 шаг । ,_^ выделение проверяемых знании

| 2 шаг "|

составление системы задач, направленной на актуализа-

по д анной теме

• -    выявление существенного в физических явлениях и процессах;

• -    установление взаимосвязи мевду ними;

• -    перенос имеющихся знаний в новые

| 3 шаг |

высокий темп предъявления заданных ситуаций уча щимс я

| 4 шаг ]

'==> проверка правильности решения

анализ и рефлексия

анализ, классифицикация и решение всей группы задач в течение 10-15 мин.

В целом предложенная технология обучения решению качественных задач не противоречит общепринятой методике, но опыт показывает, что при традиционном подходе на уроке можно решить не более 5 качественных задач, причем, часть класса находится в позиции пассивного наблюдателя. Предлагаемая технология позволяет решить за то же время большее количество задач при вовлечении всего класса в активную деятельность.

Кроме того, мы разработали локальную технологию организации деятельности учащихся при решении экспериментальных задач по физике, которая способствует оптимизации процесса обучения: учащимся предлагается работа в группах, каждая из которых решает одну задачу. После проделанной работы учащиеся внутри групп обмениваются мнениями, обсуждая полученные результаты. В конце занятия каждая группа публично отчитывается о проделанной работе по следующему плану:

• а)    Каковы цель и гипотеза вашей работы?

• б)    Каким оборудованием вы пользовались?

• в)    Какие действия вы предприняли в ходе выполнения работы?

• г)    Каковы результаты вашей работы?

• д)    Какой вывод вы сделали на основе полученных результатов?

Для учащихся VII-VIII классов эти вопросы можно преобразовать в своего рода «клише», с помощью которых ученикам будет легче составить отчет о проведенном эксперименте. Например, «Целью нашего исследования являлось…, Для достижения данной цели нами была выдвинута гипотеза, которая состоит в следующем… » и так далее.

Покажем применение вышеописанной технологии на примере изучения темы VII класса «Плотность вещества». Группам могут быть предложены следующие задания:

• 1.    С помощью линейки и весов определить плотности тел и по таблице в учебнике определить вещества, из которых они изготовлены.

• 2.    С помощью весов и мензурки определить плотности тел равного объема и по таблице в учебнике определить вещества, из которых они изготовлены.

• 3.    С помощью весов измерить сначала массу пустого шприца, затем с водой и вычислить плотность воды.

• 4.    При помощи U-образной трубки и линейки определить плотность растительного масла.

Результаты педагогического эксперимента показывают, что при такой организации, учащиеся успешно справляются с решением экспериментальных задач, учатся проверять правильность рассуждений и выдвинутой гипотезы, более глубоко осмысливают изучаемые явления и понятия.

Для проверки эффективности разработанной технологии нами был проведен педагогический эксперимент, в ходе которого обучение в экспериментальных группах осуществлялось при помощи вышеописанных технологий, а в контрольных группах – традиционными методами. Диагностика осуществлялась с помощью контрольных работ, разработанных в формате ЕГЭ, которые оценивались по 15-балльной шкале. Динамика средних баллов экспериментальных (Э) и контрольных (К) групп, показанная на лепестковых диаграммах (рис. 1 и 2), позволяет сделать вывод о том, что в экспериментальных группах, в результате проведения педагогического эксперимента, произошел значительный рост средних баллов, по сравнению с контрольными группами.

входной

К 1

К 4

К 2

К 3

контроль выходной контроль

Рис . 2 Динамика средних баллов контрольных групп экспериментальных групп

Рис . 1. Динамика средних баллов

Для определения достоверности полученных результатов, исходя из несимметричности полученных графиков и малости выборки, нами был использован непараметрический метод ^{χ 2} .

χ 2                                      χ ₂

Мы нашли эмпирическое значение ^emp , которое оказалось существенно больше ^{χ krit} . Это позволило подтвердить, с достаточной степенью достоверности, положение о том, что предложенная технология организации продуктивной познавательной деятельности существенно повлияла на результаты обучения в экспериментальных группах по сравнению с результатами контрольных классов.

Для проверки предположения о том, насколько, в результате применения разработанной технологии, были развиты продуктивные способности через продуктивные умения в контрольные работы включались задания части «С» ЕГЭ прошлых лет. Так как задания с развернутым ответом позволяют проверять знания учащихся на повышенном уровне сложности, умения применять имеющиеся знания в нестандартных ситуациях, а также решать комплексные задачи высокого уровня сложности, то выполнение заданий части «С» можно считать одним из критериев сформированности у учащихся умений продуктивной познавательной деятельности.

Как видно из представленных гистограмм (рис.3 и 4), в экспериментальных группах число учащихся, проявивших продуктивные умения, значительно выше, чем в контрольных группах.

Рис . 3. Сравнение количества учащихся, приступивших к выполнению части «С» (экспериментальные группы)

Рис . 4. Сравнение количества учащихся, приступивших к выполнению части «С» (контрольные группы)

Установление связи между развитием продуктивных умений учащихся и применением разработанной технологии было осуществлено с помощью корреляционного анализа, который показал, что существует устойчивая связь между использованием технологии организации продуктивной познавательной деятельности при решении физических задач и развитием продуктивных умений.

Для проверки повышения уровня мотивации учащихся перед началом и после окончания обучающего эксперимента, участникам контрольных и экспериментальных групп была предложена анкета (табл. 1).

Таблица 1

Вопросы анкеты	Положительные ответы
	Эксп . группы		Контр . группы
	до	после	до	после
1. Считаете ли Вы физику одним из интересных школьных предметов?	32%	85%	35%	40%
2. Удовлетворяет ли Вас качество имеющихся знаний по физике?	44%	63%	49%	55%
3. Считаете ли Вы процесс решения физических задач наиболее трудным?	74%	20%	75%	70%
4. Знакомы ли Вы с эвристическими приемами и применяете ли Вы их для решения задач?	0%	89%	0%	25%

Анализ данных таблицы 1, дает основание утверждать, что в экспериментальных группах, в результате применения разработанной технологии, существенно повысился интерес к изучению физики, а также значительно снизилось число учащихся, испытывающих трудности при решении физических задач, чего нельзя сказать об участниках контрольных групп. Достовер- ность данных, полученных при проведении двукратного опроса учащихся, проверялась с помощью критерия Макнамары. Для повышения мотивации необходимо, чтобы у учащихся не только повысился интерес к предмету, но и процесс решения физических задач не должен был вызывать серьезных трудностей.

Поэтому были рассчитаны значения критерия Макнамары, которые соответственно составили 37,44 и 48,29. На соответствующей «оси значимости» (рис. 5) видно, что экспериментальные значения критерия Макнамары для экспериментальных групп попали в зону значимости.

Рис. 5. Ось значимости критерия Макнамары

Тогда как подобные расчеты для контрольных групп дали эмпирические значения критерия Макнамары, лежащие в зоне незначимости. Следовательно, на 1% уровня значимости можно утверждать, что в результате применения разработанной технологии в экспериментальных группах повысился уровень мотивации учащихся.

Таким образом, мы считаем, что:

• 1.    Необходимость развития продуктивных способностей учащихся предопределяет организацию продуктивной познавательной деятельности учащихся при решении физических задач, направленную на глубокое и прочное усвоение изучаемого материала и способов умственных действий ; развитие потенциальных способностей ребенка; достижение целостности физических знаний; развитие познавательных интересов учащихся.

• 2.    Развитие продуктивной познавательной деятельности учащихся должно исходить из принципа «задачецентризма», т.е. базироваться на системе задач различных видов, которая для обеспечения оптимального результата:

• ■    выстроена в определенной последовательности по степени возрастания трудности;

• ■    содержит ключевые задачи на основные физические законы, явления и понятия, а также способы умственных действий;

• ■    дает возможность использования как репродуктивного, так и продуктивного видов деятельности.

• 3.    Технология организации продуктивной познавательной деятельности включающая структурированность теоретического материала, пошаговые действия и диагностические мероприятия, обеспечивает формирование продуктивных способностей и умений при решении физических задач. Реализация которой обеспечивается:

• ■    осуществлением личностного, дифференцированного и деятельностного подходов в обучении;

• ■    оптимальным сочетанием коллективной, индивидуальной и групповой форм работы;

• ■    созданием «ситуации успеха» и уверенности в своих силах.