Інтенсифікація навчання фізики в сучасній середній загальноосвітній школі

Abstract

У дисертації розглядаються потенційні шляхи інтенсифікації навчання фізики у контексті використання нових інформаційних технологій. Головна ідея і результат роботи полягають у визначенні моделювання як вихідного чинника, що пов’язує логіку навчального фізичного пізнання, психолого-педагогічні теорії організації навчально-пізнавальної діяльності учнів та можливі шляхи інтенсифікації навчання на основі використання засобів нових інформаційних технологій. Теоретичні положення розкриваються на конкретних прикладах побудови та дослідження навчальних моделей фізичних процесів та явищ із використанням системи демонстраційного комп’ютерного моделювання DEMO.

В диссертации рассматриваются потенциальные пути интенсификации обучения физике в контексте использования новых информационных технологий (НИТ). Обоснована целесообразность использования средств НИТ в процессе интенсификации обучения физике. Сущность подхода состоит в рассмотрении традиционных психолого-педагогических и методических вопросов через призму возможностей, которые предоставляют средства НИТ (путей формирования теоретических знаний и развития научно-теоретического мышления учащихся; проблем отбора содержания учебного материала и организации деятельности по его усвоению; вопроса наглядности и т. п.). На основе анализа ведущих теорий учебной деятельности – теории содержательного обобщения В.В. Давыдова и теории поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина делается вывод о том, что использование моделирования в обучении физике обусловлено внутренними психологическими механизмами процесса усвоения учебного материала. В работе обосновывается психологическая целесообразность использования ЭВМ с целью организации учебного моделирования: средства НИТ предоставляют возможность преобразования в форму модели как физических объектов, недоступных непосредственному чувственному восприятию, так и абстрактных связей и отношений, на усвоение которых и направленно прежде всего обучение физике. Доказывается, что путь интенсификации формирования теоретических знаний учащихся состоит в организации учебно-познавательной деятельности на принципах метода моделирования физических процессов и явлений. Этот факт обусловлен особым положением моделирования среди других методов научного теоретического познания (абстрагирования, идеализации, аналогии, формализации, выдвижения гипотезы, мысленного эксперимента и т.д.), собственно тем, что метод моделирования в явной или неявной форме используется в каждом из них. Особенностью предлагаемого подхода является рассмотрение моделирования как фактора интенсификации учебно-познавательной деятельности учащихся, в этом контексте модель является стержневым элементом учебного физического материала, вокруг которого концентрируется система понятий, подлежащих усвоению в условиях компьютерного обучения. Структурирование содержания учебного материала как системы физических моделей осуществляется на основе видов и форм существования материи, что позволяет охватить широкий круг физических закономерностей (на теоретическом и эмпирическом уровне). Моделирование в этом контексте является процессом установления закономерных связей между идеализированными объектами, положенными в основу компьютерной программы. Такой подход позволяет осуществить рассмотрение учебных физических моделей с точки зрения их структуры (существенных связей и отношений между отдельными элементами системы). В работе предложен практический путь адаптации математических методов построения физических моделей к применению учащимися средней общеобразовательной школы, который состоит в переведении формальных математических операций на определенного рода содержательный уровень. Например, в случае использования дифференциального исчисления, введение компьютерного объекта как носителя элементарного физического свойства позволяет осуществлять анализ бесконечно малых изменений физических величин, характеризующих пространственно-временные свойства воспроизведенных явлений. Доказывается, что цель формирования и развития системы фундаментальных физических понятий можно достичь путем оперирования моделями, отражающими наиболее общие принципы физической науки. Эти фундаментальные принципы (к которым в первую очередь относятся основные свойства форм бытия материи) обуславливают способы построения и трансформации компьютерной модели. Психологической основой методики служит теория поэтапного формирования умственных действий, с точки зрения которой воссозданные средствами ЭВМ объекты предоставляют возможность осуществления материализации умственных действий, что является необходимым этапом их полноценного формирования. Теоретические положения раскрываются на конкретных примерах применения системы демонстрационного компьютерного моделирования физических явлений и процессов DEMO (от англ. DEmonstratіve MOdels making of physical phenomena and processes), которая использовалась с целью организации экспериментального обучения.

In the thesis the potential ways of an intensification of teaching physics in a context of new information technologies are considered. The main idea and result of the work is the determining the modeling as an initial factor, which links a logic of physical knowledge, psychological and pedagogical aspects of arranging teaching and cognitive activity and possible ways of their realization by means of new information technologies. Theoretical theses are revealed with the help of concrete examples of building and study of the physical phenomena and processes models in the system of demonstrative computers modelling DEMO.