CC BY
179
ПЕДАГОГИКА И МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
Вестн. Ом. ун-та. 2013. № 2. С. 199-204.
УДК 372.853: 373.545 О.Е. Левенко
АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ ПОНИМАНИЮ УСЛОВИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ:
ПОИСКОВЫЙ И ФОРМИРУЮЩИЙ ЭТАПЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Описываются результаты поискового и формирующего экспериментов по применению методики обучения школьников пониманию условия физической задачи. Определяются средства и способы работы учителя по применению данной методики, выделяются уровни сформированности у школьников умения понимать условие физической задачи и предлагаются критерии по каждому уровню.
Ключевые слова: понимание условия, физическая задача, методика обучения, упражнения по обучению, уровни сформированности, критерии сформированности.
Опыт работы в средней школе (как в физико-математических, так и в общеобразовательных классах) показывает, что с каждым годом снижается качество подготовки учащихся на уроках физики. Большую тревогу вызывает тот факт, что школьники не подготовлены к чтению и пониманию физических текстов, что подчас становится непреодолимым препятствием для изучения предмета.
Можно выделить следующие виды физических текстов по форме представления: словесный текст, физическая формула, таблица, любая графическая информация. Выпускник школы должен уметь свободно оперировать всеми данными видами физического текста. Предполагается, что для достижения качественного уровня подготовки по физике выпускников средней школы необходимо специальное обучение их пониманию физических текстов.
В учебной работе актуальность проблемы понимания особенно велика. О ней свидетельствуют факты снижения качества образования российских школьников. По данным международных социологических исследований, наши дети отстают от своих зарубежных сверстников по уровню сформированности общеучебных умений, которые напрямую связаны с владением приемами понимания текста.
Несмотря на всю важность, проблема понимания в школе ранее специально не рассматривалась и даже не ставилась. В настоящее время изменения в содержании и методах преподавания выдвигают эту проблему на первый план [1].
В 2008/09 учебном году при работе с учащимися 8-х классов (как общеобразовательных, так и физико-математических) лицея № 64 г. Омска нами была установлена связь умения понимать физические тексты с умением решать физические задачи, следовательно, с оценкой учебной деятельности. Кроме того, было проведено первоначальное разделение учащихся по уровням сформированности умения понимать физические тексты. Все это определило цель нашего дальнейшего поискового эксперимента: определение способов формирования умения понимать физические тексты и средств обучения соответствующему умению.
Поисковый эксперимент проводился в 2009/10 учебном году на параллели 9-х классов лицея № 64 г. Омска. Группа учащихся для поискового эксперимента составляла 20 человек. Эксперимент проводился в рамках специализации по подготовке к олимпиадам. Состав группы был разнородным по степени подготовки детей: 7-8 человек - претенденты на
© О.Е. Левенко, 2013
участие в олимпиадах по физике, способные показать высокие результаты, 12-13 человек
- дети, интересующиеся физикой, не имеющие высокого уровня необходимой математической подготовки. В результате решения олимпиадных задач с применением данной методики «олимпиадники» не теряли своих позиций при переходе в следующую параллель обучения, а «желающие» повысили свою успеваемость, мотивацию к изучению предмета и продолжили принимать участие в различных интеллектуальных конкурсах. Для обработки результатов поискового эксперимента использовался О-критерий знаков [2]. На протяжении учебного года отслеживалось изменение в уровне сформированности у учащихся умений ставить вопрос по тексту физической задачи, записать ее условие в кратком виде, в том числе самостоятельно включать в эту запись необходимые для решения задачи табличные данные, а также отвечать на поставленные к тексту вопросы. Для учащихся составлялись задания по теме изучаемого по программе материала и определялся процент их правильного выполнения.
Были выдвинуты гипотезы: Н0 - сдвиг в сторону повышения уровня сформирован-ности понимать физические тексты является случайным, Н1 - сдвиг в сторону повышения уровня сформированности понимать физические тексты после обучения является не случайным. Проверка гипотез осуществлялась по трем шкалам: «Умение ставить вопрос по тексту задачи», «Умение выполнять краткую запись условия задачи», «Умение отвечать на вопросы по тексту задачи».
Обработка результатов измерений показала, что нулевая гипотеза отклоняется во всех случаях и принимается предположение о неслучайности положительных сдвигов в уровне сформированности понимать физические тексты после обучения.
В ходе поискового эксперимента сложились элементы методики обучения школьников умению понимать физические тексты. Задача исследования была сужена до обучения понимать условие физической задачи, так как оно включает в себя все вышеперечисленные виды физических текстов.
Для разработки методики обучения пониманию условия физической задачи нами были выделены компоненты понятия «понимание условия физической задачи».
1. Понимание смысла текста в целом с лингвистической точки зрения (выделение основы и второстепенных членов предложения; постановка вопроса).
2. Понимание отдельных слов и словосочетаний в тексте.
3. Умение переформулировать текст своими словами и ответить на вопросы, поставленные к тексту.
4. Определение раздела физики, темы, в рамках которой сформулирована задача.
5. Знание физических терминов, встречающихся в задаче.
6. Понимание определений физических величин, о которых идет речь в задаче; знание единиц их измерения.
7. Понимание условий осуществления тех процессов, о которых идет речь, и внешних признаков их протекания; умение выделить основные параметры процесса и установление соотношения между ними.
8. Умение выделить явление, о котором идет речь, по внешним признакам; умение определить существенные и несущественные признаки явления; знание законов или закономерностей, лежащих в его основе; умение выделить количественные характеристики явления.
9. Определение количества ситуаций или тел, о которых идет речь в условии. Расстановка соответствующих индексов для описывающих их величин.
10. Понимание количественных соотношений (больше, меньше на сколько или во сколько раз).
11. Представление информации текста в другой форме: умение выполнить рисунок, схему, соответствующие тексту.
12. Физическая трактовка положительных (подвижный, шершавый, запаянный и т. д.) и отрицательных (невесомый, бесконечный, гладкий и т. д.) признаков предметов.
13. Антиципация. Определение табличных значений величин, которые понадобятся для решения задачи; предугадывание ответа задачи.
Цель разрабатываемой методики - научить школьников пониманию условия физической задачи.
Задачи методики:
1) научить выяснению смысла положительных и отрицательных признаков предметов, явлений для составления «толкового словаря», используемого в дальнейшей работе;
2) сформировать навык установления причинно-следственных связей величин, явлений;
3) научить представлению информации в различных формах;
4) активизировать умение работать с лингвистически сложными текстами, разбивать сложные предложения на составные части, выделять основу предложения;
5) сформировать навык составления вопросов к тексту;
6) сформировать навык сопровождения записи краткого условия схематичным рисунком;
7) сформировать навыки работы со справочным материалом;
8) научить работать с величинами-омонимами;
9) сформировать навык анализировать полученный результат.
Средствами работы учителя по обучению школьников пониманию физических текстов
являются: 1) упражнения, помогающие оценить степень понимания школьниками изучаемого материала; 2) физические диктанты;
3) «толковый словарь» по переводу бытовых терминов, встречающихся в текстах, в физические; 4) тексты физических задач с поставленными к ним вопросами.
Один из видов упражнений по обучению школьников пониманию физических текстов рассматривается в работе [3] - это упражнения, основанные на том, что учащиеся должны уметь отделять существенные признаки в определениях физических величин от несущественных. В работе [4] говорится о том, что необходимо уметь не только записывать связь между величинами математически, но и понимать причинноследственные связи между ними, а также физический смысл таких математических понятий, как производная и интеграл. Третий вид упражнений предназначен для выработки у учащихся навыка переводческой деятельности, т. е. умения представлять физический текст в различных формах -формулах, графиках, таблицах. Обучение школьников переходу от одной формы языка к другой, осуществляемое в виде физических диктантов, рассматривается в работе [5]. Вопросы составления «толкового» словаря обсуждаются в работе [6].
Способами обучения умению понимать текст физической задачи являются: 1) выполнение учениками соответствующих упражнений; 2) проведение физических диктантов; 3) составление совместно с учащимися «толкового» словаря и наполнение его новыми терминами во время решения исследовательских задач; 4) использование
данного словаря во время решения задач; 5) ответы учащихся на поставленные к задачам вопросы; 6) составление учащимися вопросов к предложенным текстам задач.
Работа учителя для достижения цели -научить школьников понимать физические тексты - ведется на предметном материале в рамках изучаемой темы. Предлагается следующая методика.
1. Составление банка задач для обучения пониманию условия.
2. Составление вопросов к задачам, касающихся понимания смысла отдельных слов и словосочетаний, а также текста в целом.
3. Составление вопросов к задачам, касающихся смысла физических и математических терминов, встречающихся в задаче.
4. Составление упражнений по представлению информации условия в различных видах.
5. Работа со «словарем»: выяснение
смысла терминов - перевод с бытового языка на физический.
6. Работа со справочным материалом.
7. Составление упражнений по выяснению причинно-следственных связей величин.
8. Обучение обращению с терминами-омонимами.
Рассмотрим работу по данному алгоритму с условием задачи из курса физики 10-го класса.
1. Выбираем задачу, условие которой видится сложным с лингвистической точки зрения: «Электрон и позитрон, скорости которых одинаковы, движутся в однородном магнитном поле. Траектория движения электрона - окружность радиусом Ы = 5,7 мм. В момент времени 1 = 0 частицы находятся на расстоянии, много меньшем радиуса траектории электрона, и их скорости сонаправле-ны. Найти максимальное расстояние между частицами. Силу кулоновского взаимодействия между частицами не учитывать» [7].
2. Какие частицы движутся? Где движутся частицы? Как расположены частицы первоначально? Как направлены скорости частиц? Какова траектория электрона? Что просят найти в задаче? По какой траектории движется позитрон?
3. О каких объектах идет речь в задаче? Что такое электрон? Что такое позитрон? Что такое однородное поле? Какая величина является основной характеристикой магнитного поля? Как расположена скорость частиц по отношению к силовым линиям магнитного поля? По какой формуле рассчитывается радиус окружности, по которой движется частица в магнитном поле?
4. Изобразите на рисунке электрон, позитрон, их скорости, силовые линии магнитного поля, а также величины, касающиеся описания электрона, магнитного поля. Запишите в виде формулы фразы: «Электрон движется со скоростью V», «Магнитное поле однородно», «Радиус окружности, по которой движется электрон, прямо пропорционален его скорости», «Радиус окружности, по которой движется электрон, прямо пропорционален его массе», «Радиус окружности, по которой движется электрон, обратно пропорционален его заряду». Изобразите графики, соответствующие данным фразам. Составьте таблицу зависимости модуля индукции магнитного поля от времени.
5. Каковы размеры электрона и позитрона по отношению к радиусам окружностей, по которым они движутся? Какой моделью в данном контексте можно представить частицы? Что означает пренебрежение силой кулоновского взаимодействия частиц? Какая сила будет действовать на частицы со стороны магнитного поля? Как соотносятся направления сил, действующих на электрон и позитрон? Как соотносятся направления скорости частиц и линий магнитной индукции? По какой траектории будет двигаться позитрон? Как соотносятся радиусы окружностей, по которым движутся электрон и позитрон?
6. Какие характеристики частиц мы можем узнать, имея в распоряжении спра-
вочные данные? Найдите эти характеристики.
7. При каких условиях электрон будет двигаться в магнитном поле по окружности? Изобразите график зависимости радиуса окружности, по которой движется частица, от модуля индукции магнитного поля. Изобразите график зависимости модуля индукции магнитного поля от заряда частицы. Изобразите график зависимости радиуса окружности, по которой движется частица, от ее массы. Изобразите график зависимости массы частицы от радиуса окружности, по которой она движется. Изобразите график зависимости заряда электрона от индукции магнитного поля.
В ходе поискового эксперимента, основываясь на степени самостоятельности и полноты выполнения необходимых действий, нами были выделены уровни сформи-рованности у учащихся умения понимать тексты физических задач. Знание этих уровней поможет учителю организовать свою работу таким образом, чтобы максимально вовлечь школьников в процесс решения задач. Выделяются четыре уровня: высокий, средний, низкий, уровень не сформирован. Данные уровни распределяются по трем критериям - лингвистическому, смысловому и предметному.
Лингвистический критерий:
- высокий уровень: ученик самостоятельно выделяет основу и второстепенные члены предложения, формулирует вопрос к задаче; понимает смысл отдельных слов и словосочетаний в тексте; легко может переформулировать текст и ответить на поставленные вопросы к тексту;
- средний уровень: учащийся самостоятельно выделяет основу и второстепенные члены предложения, формулирует вопрос к задаче; понимает смысл отдельных слов и словосочетаний в тексте; отвечает на поставленные к тексту вопросы;
- низкий уровень: с помощью учителя или одноклассников ученик выделяет основу и второстепенные члены предложения, формулирует вопрос к задаче;
- уровень не сформирован: ученик не может выделить основу и второстепенные члены предложения, сформулировать вопрос к задаче; не понимает смысла отдельных слов и словосочетаний в тексте; не отвечает на поставленные к тексту вопросы.
Смысловой критерий:
- высокий уровень: ученик самостоятельно определяет количество ситуаций или тел, о которых идет речь в условии, расставляет соответствующие индексы для описывающих их величин; понимает количественные соотношения и правильно записывает их математическое выражение.
- средний уровень: учащийся может определить количество ситуаций или тел, о которых идет речь в условии, расставить
соответствующие индексы для описывающих их величин;
- низкий уровень: ученик с помощью учителя определяет количество ситуаций или тел, о которых идет речь в условии, расставляет соответствующие индексы для описывающих их величин;
- уровень не сформирован: обучаемый не может определить количество ситуаций или тел, о которых идет речь в условии, расставить соответствующие индексы для описывающих их величин; не понимает количественные соотношения и не может записать их математическое выражение.
Предметный критерий:
- высокий уровень: учащийся самостоятельно определяет раздел физики, тему, в рамках которой сформулирована задача. Знает физические термины, встречающиеся в задаче. Понимает определения физических величин, о которых идет речь в задаче; знает единицы их измерения. Понимает условия осуществления тех процессов, о которых идет речь, и внешних признаков их протекания; самостоятельно выделяет основные параметры процесса и устанавливает соотношения между ними. Самостоятельно выделяет явление по внешним признакам, его существенные и несущественные признаки; знает законы или закономерности, лежащие в его основе; самостоятельно выделяет количественные характеристики явления. При необходимости самостоятельно представляет текст в различных формах. Умеет находить табличные значения величин, которые понадобятся для решения задачи; предугадывает ответ задачи;
- средний уровень: с помощью учителя или одноклассников определяет раздел физики, тему, в рамках которой сформулирована задача. Знает большинство физических терминов, встречающихся в задаче, определения физических величин, о которых идет речь в задаче, единицы их измерения. Знает внешние признаки протекания тех процессов, о которых идет речь, может выделить основные параметры процесса и установить соотношение между ними. По просьбе учителя определяет существенные и несущественные признаки явления, о котором идет речь в задаче. Умеет представлять текст в различных формах. По указанию учителя находит табличные значения величин, необходимых для решения задачи;
- низкий уровень: с помощью учителя или одноклассников определяет раздел физики, тему, в рамках которой сформулирована задача. Узнает физические термины, встречающиеся в задаче. Не умеет представлять текст в различных формах. По указанию учителя находит табличные значения величин, необходимых для решения задачи;
- уровень не сформирован: не может определить раздел физики, тему, в рамках которой сформулирована задача. Не узнает
физические термины, встречающиеся в задаче. Не умеет представлять текст в различных формах. Плохо ориентируется при работе с табличными значениями.
Возможные сочетания уровней сформи-рованности умения понимать тексты физических задач по различным критериям представлены в таблице, в которой используются следующие сокращения: В - высокий, С - средний, Н - низкий, Н/С - не сформирован. На первом месте указывается уровень сформированности по лингвистическому критерию, на втором - по смысловому, на третьем - по предметному.
Сочетания уровней сформированности умения понимать тексты физических задач по различным критериям
Уровень
Высокий Средний Низкий Не сформирован
ВВВ, СВВ, ССС, ННН, Н/СН/СН/С,
ВСВ ВВС, СНН, Н/СН/СН,
ВСС, НСН, Н/СНН/С,
СВС, ННС, НН/СН/С,
ССВ ССН, Н/СНН, Н/СНС, НН/СН, СН/СН, НН/СС, СНС, НСС, СН/СС, Н/ССН ННН/С, СН/СН/С, Н/ССН/С, НСН,С, СНН/С, ССН/С
При этом маловероятными являются сочетания НН/СС, СН/СС, Н/ССН, Н/ССН/С и ССН/С.
Формирующий эксперимент проводился со школьниками 10-х и 11-х классов лицея № 64 в 2010/11 и 2011/12 учебных годах. В эксперименте участвовало 123 ученика: 49 человек - контрольная группа (учащиеся 10-х и 11-х социально-экономического и универсального классов) и 74 человека - экспериментальная группа (учащиеся 10-х и 11-х физико-математических и универсального классов). Учебный процесс в контрольной группе осуществлялся в строгом соответствии с программой по физике. В экспериментальной группе, наряду с пунктами программы, вводились специальные уроки по формированию умения понимать тексты физических задач. Контроль сформирован-ности умения проводился примерно один раз в неделю параллельно с текущим контролем знаний.
Проверка эффективности применяемой методики осуществлялась с помощью критерия хи-квадрат [8]. В качестве нулевой гипотезы выдвигалась неизменность сфор-мированности у учащихся контрольной и экспериментальной групп умения понимать условие физической задачи. Уровень достоверности был принят равным а = 0,05, чис-
ло степеней свободы V = 4 - 1 = 3. Критическое значение критерия хи-квадрат для данного уровня достоверности составляет Ткр = 7,815.
Эмпирическое значение критерия для контрольной группы составляет Тэмп = = 0,435 < Ткр.
Данные свидетельствуют о том, что с вероятностью 95 % принимается нулевая гипотеза, т. е. эксперимент не выявляет различий в уровне сформированности у учащихся контрольной группы умения понимать условие физической задачи.
Эмпирическое значение критерия для экспериментальной группы составляет Тэмп = 8,71 > Ткр. Это означает, что нулевая гипотеза отвергается, т. е. эксперимент с вероятностью 95 % свидетельствует об изменении уровня сформированности у учащихся экспериментальной группы умения понимать условие физической задачи.
Данные поискового и формирующего экспериментов свидетельствуют об эффективности применения вышеуказанной методики при обучении школьников физике. Система работы по обучению школьников пониманию условия физической задачи должна присутствовать на всех ступенях учебного процесса. При обучении пониманию работа с текстом специально замедляется, чтобы помочь ученику осознать свои умственные действия [1]. Таким образом, если в начале обучения в ситуации непонимания учебной информации учащиеся крайне пассивны в выборе операций для реализации цели «понимание текста» в силу того, что такие операции отсутствуют в их субъективном опыте [9], то к концу обучения интуитивные действия школьников осознаются ими и целенаправленно используются в дальнейшем для анализа и решения более сложных задач.
Контрольный эксперимент по проверке эффективности разработанной нами методики обучения проводится на следующей параллели (10-е классы, 2012/13 учебный год).
ЛИТЕРАТУРА
[1] Соболева О. Счастье - это когда ты понимаешь (Как учить школьника пониманию текста?). Ш1_: http://nsc.1september.rU/2003/26/7.htm (дата обращения: 08.0l.13 г.)
[2] Сидоренко Е. В. Методы математической обработки в психологии. СПб.: Речь, 2002. 350 с.
[3] Усова А. В. Психолого-дидактические основы формирования физических понятий : учебное пособие к спецкурсу. Челябинск : Челяб. гос. пед. ин-т, 1988. 90 с.
[4] Гомоюнов К. К. Совершенствование преподавания технических дисциплин: методологические аспекты анализа учебных текстов. Л., 1983. 206 с.
[5] Дубенский Ю. П., Дубенская Н. И. Методика конструирования упражнений для обучения учащихся решению задач по физике : метод.
задания для студ. физфака / под ред. М. П. Ланкиной. Омск : Ом. гос. ун-т, 1995. 48 с.
[6] Левенко О. Е. О формировании умения выполнять краткую запись условия задачи // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов : тез. докладов Республиканской науч.-практ. конф. Челябинск : Изд-во ЧГПУ, 2000. Ч. II. С. 39.
[7] Турчина Н. В., Рудакова Л. И., Суров О. И. и др. Физика: 3800 задач для школьников и поступающих в вузы. М .: Дрофа, 2000. 672 с.
[8] Гоабарь М. И., Краснянская К. А. Применение математической статистики в педагогических исследованиях: непараметрические методы. М. : Педагогика, 1977. 136 с.
[9] Кучеренко М. А. Формирование умений понимания учебного текста старшеклассником : дис. ... канд. пед. наук. Оренбург, 2008. 302 с.
