CC BY
93
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Социальные науки, 2015, № 4 (40), с. 175-181
175
УДК 372.853
ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ В ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОМ ЛИЦЕЕ В УСЛОВИЯХ ВВЕДЕНИЯ ФГОС
© 2015 г. Е.П. Деева,1 О.В. Лебедева2
1 Лицей № 40 г. Нижнего Новгорода 2 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
Поступила в редакцию 15.06.2015
Рассматриваются содержание и методика проведения физического практикума как отдельного учебного предмета в физико-математическом лицее, обеспечивающие формирование экспериментальных исследовательских умений учащихся на уровне, требуемом ФГОС школьного образования, и позволяющие в дальнейшем получать профессиональное физико-математическое образование. Определены задачи физического практикума с учетом требований ФГОС к результатам обучения и специфики физико-математического лицея как профильного учебного заведения; выделены экспериментальные умения и элементы исследовательской деятельности, которые должны быть сформированы у выпускников основной и старшей школы, последовательность их формирования, а также степень сформированности на определенном этапе обучения.
Ключевые слова: физический практикум в школе, экспериментальные исследовательские умения, ФГОС школьного образования.
Введение
Традиционный физический практикум как совокупность особого вида занятий, проводимых в конце учебного года, являлся неотъемлемой частью курса физики в советской школе. Реформирование образования, в том числе сокращение часов на изучение физики, привело к тому, что в настоящее время в большинстве школ физический практикум не проводится. Однако, на наш взгляд, введение новых образовательных стандартов (ФГОС), предполагающих внедрение активных методов обучения, организацию активной познавательной деятельности школьников, формирование универсальных учебных действий, опыта и навыков учебно-исследовательской деятельности, требует возвращения физического практикума в практику работы школ.
Методика организации физического практикума, ориентированного на повторение, закрепление и обобщение изученного теоретического материала, разработана А.А. Покровским, Л.И. Анциферовым, В.А. Буровым и др. [1; 2]. Изменения, происходящие в школьном образовании, привели к пересмотру роли и места физического практикума в учебном процессе и появлению различных точек зрения по поводу его организации в школе. Л.В. Тищенко предлагает в качестве средства реализации деятель-ностного подхода в профильных классах уроки - лабораторные практикумы, особенность которых заключается в выполнении старшеклассни-
ками работ без предоставления им инструкции, при этом основной целью является «научить ставить цель исследования» [3]. В работе [4] предложена методика проведения уроков, объединяющих решение задач и лабораторный практикум, нацеленная на формирование понимания учащимися взаимосвязи теории и эксперимента в физике. А.Е. Тарчевский предполагает работу физического практикума в формате кружка в послеурочное время, в ходе которого учащиеся индивидуально или в малых группах выполняют исследовательские работы, осваивая культуру исследования [5]. Н.В. Первышина обосновала методику проведения физического практикума в классах с углубленным изучением физики как отдельного учебного предмета, сопровождающего основной курс физики, на основе уровневой дифференциации [6]. В работе [7] рассмотрены критерии отбора содержания физического практикума в системе довузовской подготовки, в ходе которого учащиеся выполняют экспериментальные работы исследовательского характера.
Во всех указанных выше работах практикум выполняется в старшей школе (10-11 класс). Однако, на наш взгляд, организация физического практикума в основной школе (6-9 классы) позволяет решить ряд актуальных задач: формирование исследовательских умений, освоение способов познания; повышение эффективности освоения учащимися образовательных программ; становление и развитие психических
функций, мотивационных установок. В физико-математическом лицее № 40 города Нижнего Новгорода физический практикум вынесен из общего курса физики в отдельный предмет -«Основы физического эксперимента» (ОФЭ). Уроки ОФЭ включены в программу с 6 по 11 классы. Содержание и методика проведения практикума разрабатывались в течение нескольких лет Р.Н. Шилковым, П.М. Савкиным, А.Ф. Беленовым [8-10].
Целью нашей работы является выделение критериев отбора содержания физического практикума в физико-математическом лицее, обеспечивающего формирование экспериментальных исследовательских умений учащихся на необходимом уровне, и обоснование методики его проведения.
Содержание и методика проведения физического практикума в физико-математическом лицее в условиях введения ФГОС
Физико-математический лицей является учебным заведением, которое готовит учащихся к получению профессионального естественнонаучного образования. В старшей школе реализуется курс физики на профильном уровне, усиленный спецкурсами, в том числе проводимыми на базе вузов. Однако курс физики должен быть усилен уже в основной школе, т.к. именно в этот период важно поддержать интерес школьников к изучению предмета, сформировать устойчивые познавательные мотивы, научить видеть и объяснять физические явления, осуществлять экспериментальную деятельность. Одним из решений указанных задач является включение физического практикума в школьную программу в качестве отдельного предмета, дополняющего основной курс физики. Содержание физического практикума и методика его организации должны соответствовать целям и задачам его проведения и специфике учебного заведения.
В работах, посвященных практикуму [4; 6], рассматриваются цели и задачи его проведения. Внедрение ФГОС основного и среднего общего образования [11; 12] вносит серьезные коррективы в требования к результатам учебного процесса, выдвигая на первый план «достижения личностного, социального, коммуникативного и познавательного развития учащихся» [11]. Соответственно, личностные и метапредметные результаты учебного процесса составляют систему универсальных учебных действий (УУД). На ступени основного общего образования программа развития УУД должна быть направлена
«на формирование у обучающихся основ культуры исследовательской и проектной деятельности» [12]. В старшей школе результатом учебного процесса должно стать «формирование у обучающихся системных представлений и опыта применения методов, технологий и форм организации проектной и учебно-исследовательской деятельности» [12].
С учетом требований ФГОС к результатам обучения и специфики физико-математического лицея как профильного учебного заведения можно выделить следующие задачи физического практикума:
- овладение методами самостоятельного планирования и проведения физических экспериментов, описания и анализа полученной измерительной информации, определения достоверности полученного результата;
- формирование умений и навыков проведения самостоятельных исследований физических явлений и свойств объектов;
- обобщение и систематизация знаний об общих физических закономерностях, законах, теориях;
- подготовка к дальнейшему успешному профессиональному обучению в области естественных наук и осознанному выбору будущей профессии;
- формирование ключевых УУД (личностных, регулятивных, познавательных и коммуникативных) в организуемой учебной деятельности.
Разрабатывая содержание и методику организации физического практикума в физико-математическом лицее, мы опирались на принципы и закономерности проектирования и организации исследовательской деятельности в учебном процессе, изложенные в работе [13].
Принцип систематичности и последовательности предполагает построение содержания обучения, позволяющее непрерывное развитие ориентировочной основы деятельности и последовательного формирования системы исследовательских элементов учебной деятельности учащихся. Необходимо выделить экспериментальные умения и элементы исследовательской деятельности, которые должны быть сформированы у выпускников основной и старшей школы, последовательность их формирования, а также степень сформированности на определенном этапе.
Анализ требований ФГОС основного и полного общего образования, работ, посвященных формированию экспериментальных и исследовательских умений при обучении физике, поз-
воляет выделить основные умения, формируемые в процессе физического практикума в физико-математическом лицее (табл. 1). В педагогических исследованиях выделяют несколько уровней исследовательских умений школьников, причем в большинстве случаев основанием является степень самостоятельности учащихся при выполнении элементов исследовательской деятельности, в некоторых случаях уровни определяются также сложностью поставленной задачи и ее новизной.
1 уровень (начальный/репродуктивный) предполагает алгоритмизацию деятельности учащегося. Исследовательские умения учащихся проявляются в типичных ситуациях, под непосредственным руководством учителя при их применении.
2 уровень (основной/фрагментарный) предполагает частичную самостоятельность учащихся. Действия выполняются при частичной поддержке учителя (наводящие вопросы, совместное планирование и т.п.).
3 уровень (высокий/рациональный) предполагает самостоятельное выполнение действий, умение планировать и оценивать свою деятельность, применение знаний в новой или измененной ситуации.
Выделенные уровни соответствуют принципу сотрудничества учащихся и педагога в исследовательской деятельности: по мере усвоения учащимися научных основ содержания и формирования УУД, предметных и исследовательских умений возрастает доля их самостоятельной исследовательской работы и уменьшается прямое руководство ею со стороны учителя.
По таблице 1 можно определить, какие экспериментальные и исследовательские умения подлежат формированию на каждом этапе обучения, а также уровень, на котором каждое из них должно быть сформировано. Соответственно этим целям и формируется содержание физического практикума.
В 6 классе на уроках физического практикума начинается формирование умений проведения, анализа и обработки результатов эксперимента. Задачей уроков ОФЭ в 6 классе в первую очередь является мотивация учащихся к изучению физики в дальнейшем, а также формирование основных умений экспериментальной исследовательской деятельности. В частности, отрабатываются умения работать с измерительными приборами, освоение приемов и методов прямых и косвенных измерений, определение цены деления измерительных приборов, оценка
погрешностей прямых измерений, правила оформления лабораторного эксперимента и т.д.
В 8-9 классах выполняемые работы можно разделить на две группы: фронтальные (выполняемые одновременно всем классом) и работы по выбору учащегося из предложенных циклов. Например, восьмиклассникам предлагаются циклы «Тепловые явления», «Постоянный ток», «Магнитное поле» и «Геометрическая оптика», которые соответствуют разделам основного курса физики. Приведем пример работ, входящих в цикл «Тепловые явления»:
- сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры;
- определение удельной теплоемкости твердого тела;
- определение удельной теплоты плавления льда;
- наблюдение за нагреванием, кипением и остыванием воды.
Учащиеся сами выбирают работу, которую хотят провести. Эксперименты проводятся не разрозненно, а параллельно с изучением теоретического материала, в тесной связи теории и практики. Но иногда тематика эксперимента опережает материал, изучаемый на уроках физики. Это способствует проявлению высокой степени самостоятельности учащихся и подготавливает их к изучению сложного материала непосредственно на уроке физики.
В курсе 10-11 класса учащиеся работают только по циклам. Каждый ученик выполняет не все работы в цикле, а определенное их количество по собственному выбору. Это позволяет раскрыть индивидуальные способности учащегося и повышает интерес к учебному материалу. Именно на этапе обучения старшеклассников осуществляется постепенный переход от учебного исследования к учебно-профессиональ-ному: учащиеся знакомятся с методами исследования и оборудованием, используемыми при решении профессиональных задач.
В курс ОФЭ включены как стандартные, общеизвестные лабораторные работы, так и новые, авторские, разработанные учителями лицея [8-10].
Поскольку школьный курс физики построен концентрически, одни и те же разделы физики изучаются и в основной, и в старшей школе. Зачастую выполняются работы по изучению одних и тех же явлений или объектов, но на разном уровне. Например, лабораторная работа «Математический маятник» встречается в 6, 9 и 11 классах. Шестиклассники с помощью данной
Таблица 1
Карта формирования экспериментальных и исследовательских умений на каждом этапе обучения (Н - начальный уровень, О - основной уровень, В - высокий уровень)
Экспериментальные и исследовательские умения Этап формирования, уровень сформированности умения на каждом этапе
6 класс 7 класс 8 класс 9 класс 10 класс 11 класс
Определять цель эксперимента Н Н-О О О-В В В
Строить математическую модель исследования (в т.ч. определять формулу для определения искомой величины в данной работе / определять вид зависимости одних величин от других) - Н Н-О О О-В В
Выдвигать гипотезы на основе знания основополагающих физических закономерностей и законов, наблюдений и экспериментов - Н Н-О О О О-В
Планировать эксперимент (определять последовательность измерений, количество измерений, интервалы и т.п.) Н Н Н-О О В В
Отбирать оборудование для проведения эксперимента Н О О О О-В В
Собирать установку для проведения эксперимента Н Н Р-О О О-В В
Соблюдать технику безопасности при проведении эксперимента Н-О О-В В В В В
Определять цену деления прибора Н-О- В В В В В В
Снимать показания приборов Н-О О О-В В В В
Определять погрешности прямых измерений Н-О О-В В В В В
Определять погрешности косвенных измерений Н Н-О О О-В В В
Оформлять результаты эксперимента в виде таблиц Н Н-О О-В В В В
Оформлять результаты эксперимента в виде графиков Н Н-О О О-В В В
Предварительно оценивать результаты опыта - Н Н-О О О О-В
Анализировать результаты эксперимента и формулировать выводы, обобщения Н Н-О О О О-В В
Составлять отчет о работе Н-О О-В В В В В
лабораторной работы учатся представлять результаты эксперимента графически [9]. Само исследование носит индуктивный характер. В 9 классе ученики, опираясь на известную теоретическую зависимость периода колебаний маятника от его длины, сопоставляют результаты эксперимента с теорией. Такое исследование является дедуктивным. В 11 классе принципиальных отличий в исследовании нет, но математические знания более высокого уровня позволяют вести обучение с применением элементов высшей математики [10].
Таким образом, содержание физического практикума построено так, что осуществляется постепенный переход от индуктивных методов к дедуктивным, осваиваются сначала экспериментальные методы исследования, затем теоретические, усложняется предмет исследования.
Методика организации работ физического практикума должна отвечать его задачам: используются методы и формы обучения, направленные на развитие исследовательских и экспериментальных умений, формирование ключевых УУД, в старших классах - на подготовку к дальнейшему профессиональному обучению.
На уроках физического эксперимента класс делится на 2 группы по 12-15 человек, что повышает эффективность учебного процесса. С классом работают два педагога: один учитель проводит урок-эксперимент, второй (чаще всего учитель, преподающий непосредственно физику) - урок-отчет. Все работы проводятся фронтально в подгруппах по 2-3 ученика.
Физический практикум дает возможность развития всех видов УУД - регулятивных, познавательных, коммуникативных [11; 12]. В частности, поскольку лицеисты работают в малых группах, они должны учиться строить учебное взаимодействие, сотрудничество друг другом и с учителем, согласовывать свои действия, строить речевые высказывания, аргументировать свою позицию, т.е. развивать коммуникативные УУД. При планировании и проведении эксперимента у школьников развиваются основные регулятивные УУД: прогнозирование, целеполагание, оценка, контроль и коррекция своих действий. В процессе выполнения работ практикума развиваются познавательные УУД: умение собирать информацию из различных источников; умение определить противоречие,
проблему; логические операции: сравнение, классификация, систематизация, обобщение, анализ и синтез; умение строить простые и сложные алгоритмы на основе логических действий, выбирать рациональный путь решения, работать по установленному алгоритму.
Результаты и их обсуждение
Новые требования к результатам учебного процесса, предъявляемые ФГОС школьного образования, требуют пересмотра основных направлений и целей оценочной деятельности, разработки диагностического инструментария для оценки предметных, метапредметных и личностных результатов [14]. Автор концепции развития исследовательской деятельности учащихся А.В. Леонтович предлагает результаты исследовательского обучения разделить на две части: 1) формальную - соответствие результата (исследовательской работы учащихся) нормам проведения исследования и структуре модели исследовательской деятельности; 2) личностную - показывающую, какие способности и характеристики личности были развиты [15]. При оценке результатов выполнения работы физического практикума необходимо учитывать как результат выполненного исследования в виде отчета, так и уровень, на котором учащийся проявил каждое из экспериментальных и исследовательских умений (табл. 1) в процессе его выполнения. Таким образом, умения, отраженные в таблице 1, являются объектами диагностики.
Методами диагностики в данном случае являются наблюдение за выполнением учебного ис-
следования (его элементами) и собеседование, в том числе система допусков к лабораторным работам практикума и отчетности по каждой работе. Формальным результатом выполненной работы является отметка по традиционной пятибалльной шкале.
Мы провели мониторинг результатов физического практикума учащихся одной параллели (56 школьников) с начала курса (6 класс) до окончания основной школы (9 класс). Результаты мониторинга представлены на рис. 1.
Оценка «отлично» означает, что учащиеся освоили экспериментальные исследовательские умения на необходимом на данном этапе уровне (табл. 1). В частности, выпускник основной школы должен освоить некоторые умения на высоком уровне, т.е. может их выполнять самостоятельно, в том числе в новой или измененной ситуации. Остальные умения должны быть сформированы не ниже, чем на основном уровне, развитие этих умений происходит в курсе 10-11 классов.
Результаты, представленные на рис. 1 , показывают, что большинство учащихся осваивает курс с оценками «хорошо» и «отлично». Наиболее высокие оценки шестиклассников можно объяснить тем, что на первом этапе умения осваиваются на начальном уровне, а главной задачей учителя является мотивация учащихся к изучению физики, в том числе к овладению экспериментальным методом познания. Статистическая обработка данных по критерию Пирсона позволяет утверждать, что эмпирические распределения оценок в 7, 8 и 9 классах не различаются между собой (х2экс = 8.203 при х2005 =
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Иудовл. ^хорошо □ отлично
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
Рис. 1. Оценки по курсу физического практикума по результатам обучения за каждый учебный год основной школы
9.488). Это значит, что учащиеся последовательно осваивают экспериментальные и исследовательские умения на необходимом запланированном уровне.
Мониторинг результатов в старшем звене проводился не в параллели в целом, а только в специализированных «Ф»-классах. После окончания основной школы происходит перераспределение учащихся. Совместно с НОЦ ИПФРАН организуются специальные профильные классы (10 «Ф», 11 «Ф») с конкурсным набором, в которых ведется углубленная подготовка по физике, математике и информатике. В эти классы идут ученики, планирующие в дальнейшем связать свою профессиональную деятельность с наукой.
Результаты практикума показывают, что 100% учащихся 10-11 «Ф»-классов осваивают курс с оценкой «отлично». Большинство учеников в старших классах начинает заниматься учебно-исследовательской работой вместе с учителями, преподавателями вузов, аспирантами, научными сотрудниками, что и объясняет высокие показатели сформированности исследовательских и экспериментальных умений.
Заключение
Таким образом, физический практикум в физико-математическом лицее позволяет выполнить требования ФГОС и эффективно решать актуальные задачи образования: формирование опыта и навыков исследовательской деятельности, становление и развитие личностных качеств и мотивационных установок учащихся, необходимых для дальнейшего профессионального обучения. Для решения этих задач необходимо отобрать содержание работ и организовать их так, чтобы учащиеся целенаправленно и последовательно включались в исследовательскую деятельность (ее элементы).
Авторы выражают благодарность Р.Н. Шил-кову, П.М. Савкину, А.Ф. Беленову - идейным вдохновителям и организаторам физического практикума.
Список литературы
1. Практикум по физике в средней школе: Ди-дакт. материал: Пособие для учителя / Л.И. Анциферов, В.А. Буров, Ю.И. Дик и др. М.: Просвещение, 1987. 192 с.
2. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики / Под ред. Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина. М.: Просвещение, 1993. 203 с.
3. Тищенко Л.В. Уроки-практикумы по физике в профильной школе. Деятельностный подход // Сборник трудов докладов Всероссийского съезда учителей физики. М.: МГУ, 2011. С. 57-59.
4. Дмитриева О.А. Инновационный подход к решению задач и лабораторному практикуму в курсе физики средней школы: Дисс. ... канд. пед. наук. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2005. 162 с.
5. Тарчевский А.Е. Успешный практикум по физике // Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы, современные решения: Программа и материалы 19 Всероссийской научно-практ. конференции. Глазов: ГГПИ, 2014. С. 12-14.
6. Первышина Н.В. Методика проведения физического практикума в классах с углубленным изучением физики с учетом уровневой дифференциации: Дисс. ... канд. пед. наук. Архангельск: ПГУ им. М.В. Ломоносова, 2006. 230 с.
7. Практикум по физике для профильной школы: Учебно-методическое пособие / И.В. Гребенев, О.В. Лебедева, С.В. Полушкина, В.Н. Портнов. Н. Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2014. 93 с.
8. Беленов А.Ф., Савкин П.М. Методические рекомендации и лабораторные работы по физике для учащихся 10 классов - Основы термодинамики. Н. Новгород: Институт прикладной физики, 2008. 16 с.
9. Савкин П.М., Шилков Р.Н. Лабораторные работы по физике и методические рекомендации для учащихся 6-х классов. Н. Новгород: Лицей № 40, 2008. 1 4 с.
10. Беленов А.Ф., Савкин П.М. Методические рекомендации и лабораторные работы по физике для учащихся 11 классов. Н. Новгород: Лицей № 40, 2008. 30 с.
11. Федеральные государственные стандарты основного общего образования. - URL: http://standart.edu.ru/ catalog.aspx?CatalogId=2588 (дата обращения 10.04.2015).
12. Федеральные государственные стандарты среднего (полного) общего образования. - URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?catalogid=4100 (дата обращения 10.04.2015).
13. Лебедева О.В., Гребенев И.В. Проектирование и организация исследовательской деятельности учащихся в учебном процессе // Педагогика. 2013. № 8. С. 52-58.
14. Лебедева О.В. Оценка эффективности учебно-исследовательской деятельности // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Социальные науки. 2014. № 3(35). С. 190-196.
15. Леонтович А.В. Концептуальные основания моделирования исследовательской деятельности учащихся // Школьные технологии. 2006. № 5. С. 63-71.
PHYSICAL PRACTICUM IN A PHYSICS AND MATHEMATICS LYCEUM IN THE CONTEXT
of introduction of the FSES
E.P. Deeva1, O. V. Lebedeva2
1 Lyceum No. 40 of Nizhni Novgorod 2 Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod
The article considers the content and methodology of physical practicum in a physics and mathematics lyceum. The practicum serves to develop experimental research skills of students at the level required by the FSES and provide the basis for professional physical and mathematical education. The objectives of the physical practicum are formulated with the account of the FSES requirements to the learning outcomes and the specific requirements of a physics and mathematics lyceum.
Keywords: physical practicum at school, experimental and research skills, FSES.
