Роль учебного физического эксперимента в достижении современных целей общего образования Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАЗОВАНИЯ

М.С. Павлова,

РОЛЬ УЧЕБНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В ДОСТИЖЕНИИ СОВРЕМЕННЫХ ЦЕЛЕЙ ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Ключевые слова: учебный физический эксперимент, государственного стандарта общего образования второго поколения.

Аннотация: В статье проанализированы потенциальные возможности учебного физического эксперимента (натурного эксперимента) в реформируемой системе общего образования.

Образование является важнейшим системообразующим ресурсом социокультурной модернизации российского общества, социально-экономического развития государства. В начале XXI века основным условием эффективности системы образования стала ее готовность и возможность объединить потребности личности, государства и общества. Названный факт нашел свое отражение в проекте Федерального государственного стандарта общего образования второго поколения (2006-2011 гг.) [1]. Целью введения данного стандарта является переориентация системы образования на обеспечение условий для индивидуального развития личности каждого обучающегося, формирование его готовности к саморазвитию и непрерывному образованию.

Трансформации, которым подвергалось физическое образование в последние годы, привели как к положительным, так и отрицательным последствиям. Причем отрицательное влияние оказалось особенно сильным в сфере, так или иначе связанной с использованием учебного физического эксперимента (далее УФЭ).

Этому есть ряд причин:

- сокращение централизованного государственного снабжения школ учебным оборудованием привело к замедлению развития материально-технической базы кабинетов физики;

- развитие компьютерной базы школ повлекло за собой широкое использование модельного, компьютерного эксперимента, что, конечно, следует оценить позитивно, но на практике это привело к уменьшению доли натурного эксперимента в системе УФЭ;

- сокращение времени на изучение физики в средних общеобразовательных учебных заведениях в процессе воплощения в жизнь принципа гуманитаризации образования привело к уменьшению времени, отводимого на проведение лабораторных работ и других форм физического эксперимента.

Рассмотрим перечисленные причины подробнее.

• За последние два-три десятилетия централизованные поставки оборудования для физических кабинетов школ полностью прекратились. Эта функция была возложена на местные власти и сами учебные заведения, финансовые возможности которых явно недостаточны для материального обеспечения не только современного уровня постановки физиче-

ского эксперимента, но и для проведения минимального набора опытов, необходимых для обучения физике.

Например, выпуск демонстрационных гальванометров, широко используемых и хорошо себя зарекомендовавших во время многолетней школьной практики, на сегодняшний день полностью прекращен. Предлагаемые ему на смену различные современные цифровые приборы очень дороги, ненадежны, менее наглядны и часто не выдерживают никакой критики. Следовательно, при выходе из строя старых гальванометров и при отсутствии новых приборов учитель не сможет провести ни один демонстрационный эксперимент, в котором необходимо измерять силу тока или напряжение.

• В концепции Федеральной целевой программы развития образования на 20062010 годы говорится о необходимости перехода к информационному обществу, создании условий для обеспечения всеобщей компьютерной грамотности и внедрении достижений информатики и информационных технологий во все сферы образования, в том числе, и в обучение физике [2, 3].

Несомненно, что использование компьютера позволяет совершенствовать физический эксперимент: проводить обработку результатов, использовать компьютер в качестве измерительного прибора, создавать базы экспериментальных данных, показывать виртуальный эксперимент, дополняющий натурные эксперименты и т.п. Но на практике часто можно наблюдать, что компьютер, вместо того чтобы гармонично дополнять и взаимообогащать натурный эксперимент, его просто заменяет. Объясняется это тем, что финансовые затраты и затраты времени на подготовку компьютерных «экспериментов» минимальны. «Эксперимент» надежен и для него не требуется специальное оборудование, которое, как некоторые экспериментальные установки, можно использовать только один раз в год при изучении одной из тем школьного курса.

В результате процесса информатизации школ, безусловно положительного, наблюдается негативный эффект ухудшения и без того весьма скудного материально-технического обеспечения для проведения натурных экспериментов, все более заменяемых виртуальными опытами.

В период модернизации (2001-2010 гг.) в средних общеобразовательных учебных заведениях сократилось время на изучение физики. Это связывают с реализацией одного из ведущих на сегодняшний день принципов - принципа гуманитаризации, заключающегося в «очеловечивании» содержания образования, наполнении его гуманным смыслом, общечеловеческими ценностями, преодолении отчуждения содержания обучения от человека. Реализация принципа гуманитаризации часто осуществляется путем механического увеличения доли гуманитарных дисциплин за счет сокращения дисциплин естественнонаучного цикла и, в первую очередь, физики, что, с нашей точки зрения, является принципиальной ошибкой, имеющей значительные отрицательные последствия. Причина такого подхода - в отрицании гуманитарного значения физики: многие люди относятся к ней как прикладной науке, пользуясь ее благами, которые не требуют от них специальных знаний. Это, в условиях повышенного интереса к гуманитарным наукам, приводит к снижению мотивации изучения физики. Для подтверждения последнего приведем слова Э.А. Аринштейна: «Современная техника настолько автоматизирована, что работа с ней не требует от обычного пользователя понимания принципов ее работы. В связи с этим создается пропасть между современной техникой и школьной физикой» [4, 13].

Действительно, нельзя недооценивать гуманитарное значение физики для жизни общества: она является частью культуры, оказывает большое влияние и на каждого человека в отдельности, и на все человечество в целом. В работах Н.И. Ждановой, Д. М. Захарова, Л.Н. Заварыкиной, Л.В. Королевой и многих других ученых к гуманитарным составляющим курса физики относят: формирование методологии научного познания, одним из основных методов которого является эксперимент; формирование миропонимания - физика-природа-жизнь; формирование ноосферных представлений [5]. Физика не меньше гуманитарных дисциплин позволяет показать связь науки и окружающей человека действительности. Как

справедливо утверждал американский физик И. Раби, «физика - сердцевина гуманитарного образования нашего времени» [5, 34]; она вносит существенный вклад в развитие духовного облика человека, учит ориентироваться в шкале культурных ценностей.

В современных школьных учебниках и на уроках физики очень мало стало уделяться внимания истории науки и личностям ее творцов, как отечественных, так и зарубежных. Не используются возможности воспитания учащихся на примерах их жизни и деятельности. Например, рассказы о российских ученых (М.В. Ломоносов, А.С. Попов, И.В. Курчатов, С.П. Королев, П.Н. Яблочков и т.п.) и их достижениях, демонстрация исторических опытов (опыты А.Г. Столетова, П.Н. Лебедева и т.п.), технических устройств (первого радиоприемника А.С. Попова, парового двигателя И. Ползунова и т.п.) дают возможность воспитывать патриотизм и трудолюбие.

Физика создает условия для экологического воспитания на основе конкретных знаний о природе, формирует навыки адекватного поведения в окружающей среде. Например, изучение электромагнитных волн и их влияния на человека, сопровождающееся экспериментом, позволяет наглядно показать, как они распространяются, как можно защититься от их вредного влияния - «электронного смога». Можно привести много таких примеров, но и так ясно, что физика является неотъемлемой и необходимой частью человеческой культуры, а ее изучение позволяет формировать научное мировоззрение учащихся. Заметим, это является одной из целей не только физического образования, но и всего образования в целом.

В процессе псевдогуманитаризации образования уменьшилось число часов на изучение физики, тогда как содержание обучения осталось неизменным. В связи с этим сохранение времени на освоение основного теоретического материала чаще всего происходит за счет сокращения времени на работы физического практикума и лабораторные работы. Но именно УФЭ является одним из важнейших средств гуманитаризации физики, так как его использование позволяет актуализировать развивающую и практико-ориентированную направленность процесса обучения; изменить характер познавательной деятельности, сместить акцент с запоминания на понимание и опредмечивание обучающимися содержания учебного материала; ориентировать педагогический процесс на развитие личности ребенка; развивать образное мышление, интуицию, эмоции, чувства, креативность и т.п.

Таким образом, в результате мы наблюдаем парадоксальное явление: в ходе гуманитаризации физического образования из него уходит эксперимент, имеющий неисчерпаемый гуманитарный потенциал. Несмотря на противоречивое влияние внешних факторов на условия реализации уФэ, он, безусловно, продолжает оставаться формой, методом, содержанием и одним из главных средств личностного развития учащихся в процессе обучения физике. Роль УФЭ остается одной из главных и в достижении современных целей физического образования, определенных стандартом общего образования второго поколения.

Рассмотрим общие образовательные цели, которые могут быть достигнуты средствами учебного предмета «физика», для чего проанализируем содержание федерального государственного стандарта. Разработка стандартов общего образования второго поколения сейчас находится на завершающей стадии: в 2010/2011 учебном году запланирована его апробация в старшей школе. В настоящее время общественность ознакомлена со стандартом для начальной и основной школы, но основные идеи, которые приняты и будут отражены в стандарте старшей школы, уже известны.

Целью общего образования является формирование мотивированной компетентной личности, способной быстро ориентироваться в динамично развивающемся и обновляющемся информационном пространстве; получать, использовать и создавать разнообразную информацию; принимать обоснованные решения и решать жизненные проблемы на основе полученных знаний, умений и навыков [1].

Стандарт общего образования второго поколения устанавливает требования к результатам обучающихся:

- личностные результаты - саморазвитие, мотивация к учению, выбор индивидуальной траектории, ценностно-смысловые установки, социальная компетенция;

- метапредметные результаты - освоение универсальных учебных действий, обеспечивающих овладение ключевыми компетенциями;

- предметные результаты - система основополагающих элементов научного знания, лежащих в основе научной картины миры.

Еще одним нововведением в формулировке целей является направленность образования на формирование инновационного стиля мышления у школьников. О необходимости постановки такой цели говорилось в Послании Президента России Федеральному собранию [6]. Одним из аргументов этого являлось то, что только инновации позволят нашему государству быть конкурентноспособным в современном мире. Сегодня интерес к естественным наукам проявляют лишь 3 % школьников, а для нормального развития государства данный показатель должен составлять 50-57 % (Д.А. Рототаев) [7].

Резюмируя вышесказанное, можно утверждать, что основными целями современного физического образования становятся формирование ключевых компетенций школьников, формирование современного научного мировоззрения, подготовка учащихся к инновационной деятельности.

Проанализируем, какие возможности имеет УФЭ для достижения каждой из перечисленных целей.

Процесс формирования у школьников ключевых компетенций рассмотрен в работах Л.Н. Болотова, Ж. Делор, И.А. Зимней, П.В. Зуева, С.В. Латынцева, О.П. Мерзляковой,

А.В. Хуторского и других. В этих исследованиях определен структурный состав компетенций (знания, умения, ценностные ориентации и опыт практической деятельности, которые можно измерить педагогическими методами) и предложены подходы для их формирования.

А.В. Хуторской выделяет семь ключевых компетенций, формируемых в средней школе:

- ценностно-смысловые, связанные со способностью ученика видеть и понимать окружающий мир, ориентироваться в нем, осознавать свою роль и предназначение, уметь выбирать целевые и смысловые установки для своих действий и поступков, принимать решения и др.;

- общекультурные, связанные с познанием и опытом деятельности в области национальной и общечеловеческой культуры; сюда же относится опыт освоения учеником картины мира, расширяющейся до культурологического и всечеловеческого понимания мира и др.;

- учебно-познавательные - совокупность компетенций ученика в сфере самостоятельной познавательной деятельности, включающей элементы логической, методологической, общеучебной деятельности (включают способы организации целеполагания, планирования, анализа, рефлексии, самооценки, что необходимо для овладения навыками креативной деятельности и функциональной грамотностью - умение отличать факты от домыслов, владение измерительными навыками, использование вероятностных, статистических и иных методов познания и др.);

- информационные, связанные с навыками деятельности по работе с информацией в образовательных областях (предметах), а также в окружающем мире - владение современными средствами информации (телевизор, магнитофон, телефон, факс, компьютер, принтер, модем и т.п.) и информационными технологиями (аудио-, видеозапись, электронная почта, средства массовой информации, Интернет) и др.;

- коммуникативные, связанные со знанием способов взаимодействия с людьми; с навыками работы в группе, коллективе и др.;

- социально-трудовые, связанные с выполнением роли гражданина, наблюдателя и др., например, умения анализировать ситуацию на рынке труда, действовать в соответствии с личной и общественной выгодой, владеть этикой трудовых и гражданских взаимоотношений;

- личного самосовершенствования, связанные с освоением способов физического, духовного и интеллектуального саморазвития, эмоциональной саморегуляции и самопод-держки [8].

О.П. Мерзлякова выделяет ключевые компетенции, которые возможно и целесообразно формировать у учащихся именно в процессе обучения физике:

- информационно-методологическая - знание различных источников информации, методов и циклов познания, осознание значимости новой информации, стремление к познанию нового, наличие опыта деятельности по подготовке докладов, проведению наблюдений и экспериментов;

- деятельностно-творческая - знание структуры деятельности, принципов организации рациональной деятельности, этапов творческой деятельности, умение осуществлять рациональную творческую деятельность и осознание ее значимости и стремление к ней;

- эколого-валеологическая -умение оценивать экологическую ситуацию, определять физические характеристики своего организма и окружающей среды, бережное отношение к себе и окружающей среде, стремление к гармонизации с природой, наличие опыта деятельности в области экологии и здоровьясбережения [9].

Проанализировав виды и структуру вышеназванных компетенций, мы пришли к выводу, что компетенции, определенные О.П. Мерзляковой, включают в себя компетенции, выделенные А.В. Хуторским, но представлены укрупненными группами, определяемыми спецификой целей физического образования.

Проведенный обзор содержания компетенций позволил выявить те, которые формируются с использованием УФЭ.

• Информационно-методологическая компетенция включает элементы информационных, ценностно-смысловых и учебно-познавательных компетенций; связана с навыками деятельности при работе с информацией, знанием различных источников информации, добыванием знаний непосредственно из окружающей действительности, владением приемами решения учебно-познавательных проблем, использованием методов познания, наличием опыта проведения эксперимента (владение измерительными навыками). Как упоминалось, УФЭ является источником новых знаний, позволяет демонстрировать связь науки с повседневной жизнью, что формирует способность ученика видеть и понимать окружающий мир; а организация экспериментальных исследований (сбор научных фактов, выдвижение гипотезы, планирование, проведение и обработка результатов эксперимента) позволяет учащимся ознакомиться с методами и циклами научного познания.

• Деятельностно-творческая компетенция включает элементы учебнопознавательной компетенции, социально-трудовой, компетенции личного самосовершенствования, коммуникативной компетенции и связана со знанием структуры деятельности и умением самостоятельно ее осуществлять. Сюда входят способы организации целеполагания, планирования, анализа, рефлексии и самооценки. Для формирования названных компетенций наибольшее значение приобретает ученический физический эксперимент, так как он является способом организации самостоятельной деятельности учащихся, в ходе которой они учатся планировать эксперимент (формулировать цель, составлять план проведения эксперимента), анализировать результаты и т.д. «Выполнение эксперимента под руководством учителя, а затем самостоятельно, позволяет учащемуся самому осуществлять выбор средств для выполнения различных видов деятельности...Таким образом, эксперимент может служить основой для формирования у учащихся структуры предметной деятельности» (Т.Н. Шамало) [10, 90].

• Эколого-валеологическая компетенция включает элементы компетенции личного самосовершенствования, ценностно-смысловых компетенций, общекультурных, которые связаны с умением определять физические характеристики своего организма и окружающей среды, бережно относиться к ним, освоением способов интеллектуального саморазвития, эмоциональной саморегуляции, со стремлением к гармонизации с природой. Для формирования компетенции необходимы умения осуществлять измерения, приобретаемые во время проведения физического эксперимента.

Таким образом, можно констатировать, что учебный физический эксперимент обладает большим потенциалом для формирования ключевых компетенций учащихся.

Формирование современного научного мировоззрения учащегося. Проблеме достижения этой цели посвящены работы В.Н. Мощанского, В.В. Мултановского,

В.Г. Разумовского, А.В. Усовой, Н.В. Шароновой. Под мировоззрением понимается система обобщенных взглядов на объективный мир и место человека в нем, на отношение людей к окружающей их действительности и к самим себе.

По мнению Н.В. Шароновой, фундаментом для формирования мировоззрения служит изучение процесса познания природы, наиболее актуальный для физики, как одной из наук о природе [11]. В ее работе представлены особенности процесса познания. Остановимся на некоторых из них подробнее.

• Источником знаний и критерием истинности для процесса познания является практика, посредством которой человек осваивает и преобразует мир, а физический эксперимент - основная форма практики, источник, основ, движущая сила и цель познания.

• Знания о физических объектах и явлениях отражаются в системе физических понятий, формируемых с использованием УФЭ.

• Процесс построения мысленной идеальной модели физического объекта или явления позволяет выделить существенное и абстрагироваться от второстепенного, а физический эксперимент в этом случае является средством моделирования.

В.Г. Разумовский описал цикл научного познания, заключающийся в переходе от фактов к эксперименту через моделирование и вывод теоретических следствий. Применение УФЭ в процессе обучения позволяет ознакомить школьников с этим циклом.

Подготовка учащихся к инновационной деятельности в качестве цели образовательного процесса стала выступать относительно недавно, что потребовало уточнить содержание понятий «инновация» и «инновационное обучение».

Под инновациями понимают получение новых знаний и их практическое внедрение, базирующиеся на научно-исследовательской деятельности, а также случайных озарениях и смекалке. Инновационная деятельность социально важна, от нее во многом зависит благосостояние нашей страны. В работе С.Л. Лескова показано, что от инноваций зависят конкурентоспособность государства, его национальная безопасность, уровень жизни общества и перспективы каждого гражданина [12].

Экспериментальные задания позволяют создать ситуации, в которых учащиеся будут играть роль изобретателей (проектирование и изготовление самодельных устройств и приборов), ученых, делающих новые квазиоткрытия. Это будет способствовать и осмыслению и запоминанию сведений, и активному самостоятельному познанию и творчеству, что особенно актуально для решения новой задачи - подготовки школьников к будущей инновационной деятельности.

Результатами успешной инновационной деятельности можно считать: сформирован-ность мотивов инновационной деятельности, критическое отношение к авторитетам и общепринятым стандартам, способность инноваторов преодолевать сопротивление, принятие риска неопределенности, готовность к умственным и физическим перегрузкам, владение различными методами творчества, умение делиться достижениями. Каждый из результатов, направлен на формирование личностных качеств ребенка, которые в полной мере будут востребованы в его будущей взрослой жизни. То есть инновационное обучение - процесс и результат учебной и образовательной деятельности, направленной на подготовку учащихся к инновационным изменениям в существующей культуре, социальной среде, технике в будущей профессиональной деятельности.

Таким образом, отличительная особенность нового стандарта - его направленность на переход от ретрансляции знаний - к развитию творческих способностей обучающихся, раскрытию их возможностей, подготовке к жизни в современных условиях на основе системнодеятельностного подхода. В основу данного подхода положен принцип предметности: чем разнообразнее и продуктивнее значимая для личности деятельность, тем эффективнее происходит овладение общечеловеческой и отечественной культурой.

Системно-деятельностный подход реализуется при проведении любого вида УФЭ, так как позволяет формировать предметную деятельность; объединять моторный и интеллектуальный виды деятельности; осваивать законы физики (понятия) и методы научно-познавательной деятельности различного уровня (от начального освоения отдельных действий до самостоятельной деятельности). Анализ возможностей достижения современных целей физического образования средствами УФЭ убеждает в том, что эти возможности в современной педагогике далеко не исчерпаны. Напротив, дидактический потенциал учебного физического эксперимента обладает огромными возможностями для развития личности ребенка, способствует формированию в процессе обучения физике ключевых компетенций учащихся, позволяет ознакомить с методами научного познания, формируя научное мировоззрение, инициирует творческую активность и интуицию, подготавливая учащихся к инновационной деятельности, и, что особенно важно, сближает содержание курса физики с практической деятельностью учащихся при решении реально возникающих жизненных проблем.

1. Кезина, Л.П. Проект федеральный государственный образовательный стандарт общего образования. Основное общее образование [Текст] / Л.П. Кезина, АМ Кондаков. M. : РАО, 2G1G.

2. Концепция модернизации российского образования на период до 2G1G года [Текст]. M. : изд-во центра гуманитарной литературы «РОН», 2GG4. 23 с.

3. Федеральная целевая программа развития образования на 2GG6-2G1G гг. утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2GG5 г. № SG3.

4. Аринштейн, Э.А. Некоторые проблемы школьного курса физики [Текст] : тезисы докладов / Э.А. Аринштейн. M. : Физический факультет M^, 2GGG. С. 13.

5. Архипкин, В.Г. Естественно-научная картина мира [Текст] : учеб. пособие / В.Г. Архипкин, В.П. Тимофеев. Красноярск : КГУ, 2GG2. 32G с.

6. Послание Президента России Федеральному Собранию Российской Федерации 5 ноября 2GGS г.

7. Рототаев, Д.А. Инновации не возникают по приказу [Текст] / Д.А. Рототаев // Просвещение: информационнопублицистический бюллетень. 2G1G. Вып. № 29. С. 4.

S. Хуторской, А. В. Технология проектирования ключевых и предметных компетенций [Электронный ресурс] / А. В. Хуторской // Интернет-журнал «Эйдос». Mосква, 2GG5. URL: http://www.eidos.ru/journal/2GG5/1212.htm. (дата обращения: 12.12.G9).

9. Мерзлякова, О.П. Формирование ключевых компетенций учащихся на основе реализации принципа дополнительности в процессе обучения физике в школе [Текст] : автореф. дис. ... канд. пед. наук : 13.GG.G2 / О. П. Mерзлякова. Екатеринбург, 2GG7. 23 с.

1G. Шамало, Т.Н. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении [Текст] : учеб. пособие к спецкурсу. Свердловск, 199G. 96 с.

11. Шаронова, Н.В. Mетодика формирования научного мировоззрения учащихся при обучении физике [Текст] : учебное пособие по спецкурсу. M. : MП «MAР». 1994. 1S3 с.

12. Лесков, С.Л. Живая инновация. Mышление XXI века [Текст] : пособие для старшеклассников / С.Л. Лесков. 2е изд. M. : Просвещение, 2G1G. 24G с.