Методическая системаобучения (МС обучения) физике является системой диалектически взаимосвязанных элементов -цели обучения, содержанияобразования, методов, формисредствобучения. МС обучения функционирует вопределенной «внешней среде». Компонентами которой выступают: содержание физических теорий; системный и деятельностный подход вобучении; профессиональная направленность в обучении; методы научного познания; психолого-педагогические принципы построения учебного материала и т.д. [2].
Фундаментальная физическая теория является концептуальной системой (системой знаний). Системные свойства теории детерминированы системными свойствами описываемого фрагмента природы ивыражаются втом,что: 1) физическая теория структурирована -содержательная структура теории состоит из эмпирического основания,концептуального теоретического ядраи дедуктивных следствий ядра теории (физическая теория имеет гипотетико-дедуктивную организацию знания); 2)элементы структуры теории логически взаимосвязаны, итеория представляет собой целостное образование (целостность теории как концептуальной системы означает, что теория обладает такими гносеологическими свойствами,которые отсутствуют вотдельности вэлементах теории);3) конкретная теория является подсистемой физической науки вцелом ифизической картины мира.
Важнейшая цель физического образования -формирование знаний физических теорий, адекватных системным свойствам теории.Здесь речь идет именно оформировании знаний физических теорий как систем, но не о систематизации знаний. Системные свойства теории существенно ограничивают субъективность впостроении содержания соответствующего учебного курса и выбора методов обучения, тогда как систематизация знаний осуществляется на базе произвольно выбранного основания [5, с. 16].
В учебном курсе физической теории выявляются: содержательная структура теории игипотетико-дедуктивная организация знания втеории; логические связи физических законов (законов физической теории) вструктуре теории; логическая структура самих законов; место эмпирических, фундаментальных идедуктивных физических законов вструктуре теории; эмпирическая интерпретация дедуктивных законов итеоретическая интерпретация эмпирических законов теории; модельный характер физической теории исодержание модельных объектов, которыми оперируют физические законы. Важным является установление различия вметодах обобщения, посредством которых получены законы теории: эмпирические законы как факты науки строятся индуктивным обобщением экспериментальных данных; фундаментальные (основные) законы физической теории -концептуальным обобщением сиспользованием не только формальной логики, но идиалектической логики; дедуктивные следствия -дедуктивным выводом. Во «внешнюю среду» МС обучения физике входят законы формальной логики идиалектического метода познания (диалектической логики) как средства научного познания. Вметодической системе обучения эти средства научного познаниятрансформируются всредства иметоды обучения.
В техническом вузефизика как учебная дисциплина обеспечивает формирование знаний теоретических основ технических дисциплин иимеет целью, вчастности, расширение научного иполитехнического кругозора будущего инженера. В этом выражается профессиональная направленность курса физики втуза.
Деятельностный подход как важнейший компонент «внешней среды» детерминирован деятельностнойприродой научного знания. Научные знания формируются внаучной познавательной деятельности сиспользованием соответствующих методов познания-эмпирических, теоретических, общелогических методов. Усвоить содержание физического понятия -значит усвоить действия по формированию объектов, принадлежащих понятию, усвоить действия (мысленные, экспериментальные) по распознаванию объектов, принадлежащих понятию. Введение вструктуру теории (в учебном процессе) того или иного понятия должно бытьмотивировано необходимостью этого понятия вструктуре физической теории, должна быть выявлена познавательная значимость понятия. Например, введение понятия «состояние механической системы иизменение этого состояния» мотивируется значимостью этого понятия как формы познания, спомощью которой выражается предсказательная функция классической механики. Введение понятия офундаментальных теоретических объектахмотивируется задачей концептуального описания свойств фрагмента действительности ипричинно-следственных связей во фрагменте.
Формирование знаний устудента, приемов учебно-познавательной деятельности по усвоению содержания физической теории, ее системных свойств осуществляется влабораторном практикуме, практикуме по решению задач, на семинарских занятиях, вметодически организованной самостоятельной работе. Деятельностный подход вобучении (как «внешняя среда» МС обучения) реализуется через методы исредства обучения.
К «внешней среде» МС обучения следует отнести также психолого-педагогические принципы построения учебного материала курса физики ипсихологию формирования теоретических обобщений (А.Н. Леонтьев, В.В. Давыдов, В.Г. Разумовский идр.). В частности, «все понятия, конструирующие данный учебный материал или его основные разделы, должны усваиваться (обучаемым) путем рассмотрения предметно-материальных условий их происхождения, благодаря которым они становятся необходимыми (иными словами, понятия не даются как «готовые знания»)...» [1, с. 397]. Идалее, «при изучении предметно-материальных источников тех или иных понятий (обучаемые) прежде всего должны обнаружить генетически исходнуюсвязь, определяющую содержание иструктуру всего объекта данных понятий ...» [1, с. 397].
Такой генетической связью является физическое взаимодействие материальных объектов, причем понятие взаимодействия пронизывает все физические теории . Дидактический аспект концепции взаимодействия подробно рассмотрен В.В. Мултановским [3].
Физическая теория, как концептуальная система, изучается вконтексте своих гносеологических функций -познавательной иобъяснительной. Эти функции формализуются через понятия взаимодействия объектов физической системы и состояния физической системы: взаимодействие обуславливает изменение состояния физической системы, арезультат взаимодействия выражается втеории через понятие состояния иизменения состояния физической системы. Вфизической теории концепция взаимодействия реализуется совместно спонятием состояния физической системы. В этой связи системные свойства исодержание физической теории могут быть эффективно и адекватно усвоены студентом при построении курса физики всоответствии с гносеологическими функциями исодержательной структурой физической теории.
В ходе изучения физических теорий формируется готовность выпускника кбудущей профессиональной деятельности, которая характеризуется не только уровнем развития определенных компонентов интеллекта, но и сформированностью личностных, эмоционально волевыхиделовых качеств. Всвязи с этим, отслеживая процесс профессионального исоциального становления специалиста, мы считаем целесообразным изучать не только изменения интеллектуальной сферы, но и личностных особенностей студентов при изучении физики.
Мы провели психолого-педагогический эксперимент на базеТобольскогоиндустриального института - филиалаТюменского государственного нефтегазового университета. Эксперимент проведен студентами1, 2курсов, обучающиеся по направлениям подготовки: 13.03.02 - Электроэнергетика и электротехника; 18.03.02 - Химическая технология; 23.03.03 - Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (профиль: Сервис транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования (в нефтегазодобыче)).
Всоответствии сучебным планом эти студенты изучают дисциплину на минимальном уровне трудоемкости 8 - 10 зачетных единиц (~300 академических часов)два учебных семестра.
Вконце каждого семестрамы провели психологическое тестирование, а также контрольное тестирование в системе электронной поддержки учебного процесса ТюмГНГУEducon
Система поддержки учебного процесса Educon внедрена в ТюмГНГУ для повышения качества обучения и дает возможность использовать электронные учебно-методические комплексы (ЭУМК) дисциплин, как базовым вузам ТюмГНГУ, так и филиалам, находящимся в других городах Тюменской области. Состав электронного учебно-методического комплекса определяется содержанием утвержденной рабочей программы по соответствующей дисциплине. Основой ЭУМК является его интерактивная часть, которая может быть реализована только на компьютере.
В системе Educon студентам были предложены задачи разного уровня сложности по изученным разделам физики. Так у нас определилисьдве группы студентов: впервойте, кто решает стандартные, репродуктивные задачи, во второй-те, кто решает задачи повышенной сложности, которые мы отнесли ккатегории продуктивных задач. Кроме того, наличие индекса трудности укаждой задачи позволило формализовать результаты контроля иоценить каждого студента вотносительных баллах, которые отражают уровень усвоения содержания физических теорий, ее системных свойств иумение их применять для решения практических задач.
Психологическоетестирования, с ипользованием тестовБеннета и IQ Айзенкабыло нацелено на определение индивидуальныхособенностей мышления ивыявление их взаимосвязи суровнем усвоения физических знаний.
Тест Беннетаотносится к тестам на техническое понимание. Нам онпозволяет выявить иоценить уровень развития устудентов разных курсов технического мышления, которое является для инженеров профессиональным мышлением. Втест включено 70 задач по техническим проблемам, для решения которых отводится 25 минут. Вкаждой задаче имеется по три варианта ответов, один из которых является правильным. Выполнение теста сводится кпоиску правильных ответов по каждой задаче, аобработка -кподсчету суммарного тестового балла (каждая правильно решенная задача оценивается водин балл). Суммарный тестовый балл позволяет определить уровень развития технического мышления путем сопоставления его с психодиагностической оценочной шкалой.
В IQ тест Айзенкавходит 40 задач. Для их решения человек должен обладать определенной степенью подготовленности, при отсутствии которой даже самый способный человек будет не в состоянии выполнить ни одного задания. Следовательно, сравнивать тестовые характеристики имеет смысл для людей, которые росли иразвивались всходных условиях, обладают примерно одинаковым уровнем образованности; только вэтом случае разница ввыполнении заданий может быть объяснена различиемврожденных способностей.
На выполнение всех заданийотводится 30 минут,что позволяет оценить индивидуальный стиль мыслительной деятельности, сообразительность человека.
ТестАйзенкасодержит три вида задач: словесные, цифровые ипространственные. Следовательно, сего помощью можно определить скорость трех видов мышления: вербального, абстрактного ипространственного, из числа которых два последних непосредственно связаны спроцессом изученияматематического и естественнонаучного цикла дисциплин. Эта связь имеет двустороннийхарактер: содной стороны, высокая скорость абстрактного ипространственного мышления способствует более успешному усвоению физических знаний, асдругой стороны, они сами развиваются исовершенствуются в процессе изучения физики.
Для нашего экспериментального исследования существенным является также тот факт, что скорость абстрактного ипространственного мышления составляет важную характеристику профессионального мышления инженеров,то есть технического мышления.
В ходе экспериментальной работы получены следующие основные результаты.
В процессе изучения студентами физики происходит развитие технического мышления, причем степень этого развития определяется уровнем усвоения физических знаний. Уровень технического мышления студентов первойгруппы возрастает от низкого до среднего; у студентов второй группы эта положительная динамика выражена ярче от среднего до высокого. Изучение особенностей логического мышления привело нас кследующим результатам: выявлена общая тенденция роста показателей скорости вербального, пространственного иабстрактного мышления устудентов,как впервой,так иво второй группе, однако параметры этого роста ввыделенных группах имеют качественные отличия. Наиболее отчетливо это прослеживается на показателях скорости пространственного иабстрактного мышления, которые вбольшей степени, чем вербальное мышление.
Таким образом, полученные экспериментальные результаты психологического тестирования говорят отом, что в процессе изучения физики происходит не только формирование информационного фундамента, необходимого для последующего усвоения специальных дисциплин, но и развитие профессионально важных качеств мышления будущего инженера.
Рецензенты:Даммер М.Д., д.п.н., профессор кафедры физики и методики преподавания физики ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», г.Челябинск;
Шефер О.Р., д.п.н., профессор кафедры физики и методики преподавания физики ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет», г.Челябинск.