Провідна установа -- Запорізький обласний інститут післядипломної педагогічної освіти, кафедра педагогіки, психології та методик навчання природничо-математичних дисциплін, Міністерство освіти і науки України, м. Запоріжжя.

Захист відбудеться “ 06 ” листопада 2002 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.053.01 в Криворізькому державному педагогічному університеті, 50086, м. Кривий Ріг, вул. Гагаріна, 54.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького державного педагогічного університету, 50086, м. Кривий Ріг, вул. Гагаріна.

Автореферат розісланий “4 ” жовтня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Штельмах Г.Б.

АНОТАЦІЯ

Гайдук С.М. Науково-методичні засади створення та використання навчального комплекту з оптики. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.02 - теорія і методика навчання фізики. Криворізький державний педагогічний університет. - Кривий Ріг, 2002.

Дисертацію присвячено теоретико-методичному обґрунтуванню та практичній реалізації проблеми створення сучасного навчального комплекту з оптики, який відображає останні наукові досягнення у цій галузі та дозволяє реалізувати у навчальному процесі з фізики вимоги до реформування фізичної освіти. Створений оригінальний комплект для навчальних цілей, система навчальних експериментів з оптики та методика використання їх у середніх навчальних закладах різних типів підтверджені практично. навчальний фізика оптика

На підставі комплексного аналізу методики викладання фізики у дослідженні зроблено висновки про доцільність створення комплекту обладнання для навчальних цілей, який дозволяє удосконалювати методику і техніку шкільного фізичного експерименту з оптики та сприяє активізації діяльності всіх учасників навчального процесу, підвищує мотивацію навчання фізиці та стимулює інтерес школярів до вивчення оптики, формує уміння та навички експериментування та застосування ЕОМ під час виконання лабораторних досліджень.

Ключові слова: навчання фізики, оптика, шкільний навчальний експеримент, демонстрації, лабораторні роботи, фізичний практикум, навчальне обладнання, навчальний комплект, методика використання.

АННОТАЦИЯ

Гайдук С.Н. Научно-методические основы создания и использования учебного комплекта по оптике. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика обучения физике. Криворожский государственный педагогический университет. - Кривой Рог, 2002.

Диссертация посвящена теоретико-методическому обоснованию и практической реализации проблемы создания современного учебного комплекта по оптике, который отражает состояние последних научных достижений по данной тематике и одновременно позволяет реализовать в учебном процессе по физике основные идеи реформирования физического образования. Эти идеи сводятся к тому, чтобы дополнить содержание школьного курса физики результатами современных научных достижений; перестроить методику обучения в школе, акцентируя особое внимание на существенном усилении роли самостоятельной познавательно-поисковой учебной деятельности школьников; широкое внедрение в учебную практику нового оборудования и средств обучения, включая компьютерную технику и ЭВМ.

Исходя из изложенного и на основании комплексного анализа методики обучения физики в исследовании сделано заключение о целесообразности создания комплекта оборудования для учебных целей, который позволяет совершенствовать методику и технику школьного физического эксперимента по оптике и способствует активизации деятельности всех участников учебного процесса, повышает мотивацию обучения физике и стимулирует интерес школьников к изучению оптики, формирует умения и навыки экспериментирования и применения ЭВМ во время выполнения лабораторных исследований.

В созданный комплект по оптике для учебных целей включены: источник излучения в виде лазерного диода; оптическая скамья; набор систем оптических элементов для выполнения демонстраций учителем и самостоятельных лабораторных исследований школьниками по геометрической и волновой оптике. Использование в созданном комплекте по оптике лазерного диода вместо газового лазера имеет такие преимущества:

- лазерный диод как источник излучения оптического диапазона имеет значительно меньшие габариты и массу, легко транспортируется и сохраняется. удобно настраивается и монтируется в демонстрационной установке на оптической скамье, может фиксироваться в подставку для его крепления;

- питание лазерного диода осуществляется постоянным током напряжением 3 В от двух сухих элементов (аккумуляторов) по 1,5 В каждый, что является безопасным при выполнении учебных элементов по оптике учащимися старших и младших классов и отвечает требованиям техники электробезопасности;

- мощность излучения лазерного диода, которое относится к длинам волн красного диапазона спектра как и газового лазера, по интенсивности в несколько раз большая. При этом она не превышает допустимого значения по санитарно-гигиеническим нормам.

Вследствие указанных факторов демонстрационные опыты по оптике с лазерным диодом позволяют получить более яркие и более убедительные результаты, чем с газовым лазером; демонстрации можно воспроизводить в слабо затемненном классе; создаются условия, которые большей степенью отвечают санитарно-гигиеническим нормам, поскольку зрачок глаза, диафрагмируясь при наличии света в классной комнате, уменьшает вероятность поражения сетчатки.

Излучение лазерного диода формируется при помощи револьверной головки, что позволяет во время демонстрации использовать:

а) сферическое расширение лазерного пучка для увеличения угла его расхождения и формирования сферического фронта световых волн;

б) цилиндрическую линзу для увеличения расходимости пучка в одной плоскости и, таким образом, получить интенсивные узкие пучки в опытах по геометрической оптике;

в) делитель лазерного излучения для получения нескольких пучков; кроме того предусмотрено вращение крайних пучков по отношению к центральному и таким образом иллюстрировать разрезы оптических деталей в любой плоскости.

Созданный оригинальный комплект для учебных целей, система учебных экспериментов по оптике и методика их выполнения в средних учебных заведениях различного типа подтверждены практикой.

Экспериментальной проверкой подтверждена гипотеза о целесообразности разработки школьного комплекта по оптике с учетом современных достижений лазерной техники в сочетании с программно-педагогическим обеспечением для эффективного внедрения в учебный процесс компьютерной техники. Рекомендованный комплект активизирует самостоятельную познавательно-поисковую деятельность, интеллектуальные способности и мотивацию обучения школьников.

Ключевые слова: обучение физике, оптика, школьный учебный эксперимент, демонстрации, лабораторные работы, физический практикум, учебное оборудование, учебный комплект, методика использования.

ANNOTATION

Gaiduk S.M Scientific - methodological foundations of creation and usage of educational set in optics. -Manuscript

Thesis for pedagogical sciences masters of degree on profession line 13.00.2002. - theory and methodology of education in physics.

Kriviy Rig State Pedagogical University

Kriviy Rig, 2002.

The thesis is devoted to the theoretical - methodological substantiation and practical realization of the modern educational set in optics problem, which reflects the latest scientific achievements in this branch and allows to realize the demands to the reform of education in physics in educational physics` process.

Created original set for educational purposes, the system of educational experiments in optics and methodology of their usage in secondary educational establishments of different types are practically confirmed.

On the basis of the complex analysis of a technique of training of physics in research the conclusion about expediency of creation of the complete set of the equipment for the educational purposes which allows to improve the methodic and technique of school physical experiment on optics is made and promotes activization of activity of all participants of educational process, raises motivation of training to physics and stimulates interest of schoolboys to studying optics, forms skills of experiment and applications of the computer during performance of the laboratory researches.

The key words: education in physics, optics, school educational experiment, demonstrations, laboratory works, physics practical studies, educational equipment, educational set.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. Серед основних завдань національної програми відродження освіти в Україні з метою забезпечення самовдосконалення особистості та формування інтелектуального потенціалу як найвищої цінності нації першочерговими окреслені такі:

- запровадження ефективних сучасних технологій та новітніх досягнень у методичному забезпеченні навчального процесу;

- підвищення професійного рівня вчителів відповідно до сучасних вимог суспільства;

- забезпечення та зміцнення матеріально-технічної бази освіти;

- органічне поєднання освіти і науки, широке запровадження у навчальний процес нових психолого-педагогічних розробок та передового педагогічного досвіду.

У вирішенні цих завдань в освіті провідну роль відіграє фізика, бо вона має велике значення в суспільному розвитку: розкриваючи закони природи, розширює знання людини про природу і одночасно є складовою частиною наукового світорозуміння та науково-технічного прогресу; надзвичайно багатогранне використання її досягнень у різних галузях діяльності людини.

Як навчальний предмет, фізика посідає провідне місце у вирішенні комплексних завдань навчання, виховання і розвитку школярів; вона сприяє формуванню у молоді наукових уявлень про навколишній світ і наукову картину світу, формує і розвиває у них науковий стиль мислення, розкриває тісний взаємозв'язок науки з життям, поліпшує практичну спрямованість навчання, формує активну життєву позицію кожного випускника школи.

Навчальний процес з фізики є складним педагогічним процесом спільної діяльності вчителів і учнів, у якому шкільний фізичний експеримент (ШФЕ) є обов'язковим його елементом і одночасно невід'ємною складовою частиною методики навчання фізики.

За цих обставин ШФЕ розвивається у зв'язку із загальним розвитком науки і техніки, з розширенням та становленням змісту шкільного курсу фізики (ШКФ), у зв'язку з поліпшенням методики його викладання та внаслідок модернізації й удосконалення засобів навчання і навчального обладнання.

Проблема навчального експерименту на сучасному етапі актуалізується внаслідок переходу до варіативного навчання фізики та внаслідок виникнення середніх навчальних закладів різного типу, бо школярі у них навчаються на основі рівневої та профільної диференціації, за різними програмами, що передбачають вивчення різного обсягу матеріалу курсу фізики.

Системний підхід до аналізу навчального процесу з фізики в сучасній середній школі дозволяє стверджувати, що сукупність ШФЕ слід розглядати як педагогічну систему, яка має зовнішні і внутрішні взаємозв'язки. В умовах різноваріантного проведення процесу навчання фізики система ШФЕ може бути представлена багатофункціональною ефективнодіючою і динамічною педагогічною системою.

Поряд з цим аналіз свідчить, що багато тем і розділів шкільного курсу фізики на сьогодні недостатньо забезпечені необхідною системою навчального експерименту, особливо це стосується оптики і будови атома.

Науково-методичними дослідженнями Л.І.Анциферова, О.Ф.Кабардіна, Л.Р.Калапуші, В.Ю.Кліха, Є.В.Коршака, Д.Я.Костюкевича, Б.Ю.Миргородського, М.Я.Молоткова, В.Ф.Савченка, М.М.Шахмаєва, а згодом С.П.Величка, В.П.Вовкотруба, С.О.Кононенка, В.Г.Нижника, В.І,Савченка, В.І.Тищука, а також Ю.М.Галатюка, І.В.Сальник, Н.Л.Сосницької та ін. виявлено основні тенденції розвитку шкільного фізичного експерименту, зокрема, з оптики, сформульовані основні напрямки його вдосконалення.

Виходячи із вищевказаного, вибрана тема дисертаційного дослідження “Науково-методичні засади створення та використання навчального комплекту з оптики”.

Важливість теми обумовлена тим, що в сучасних умовах перебудови фізичної освіти у середніх навчальних закладах різних типів і профілів навчальний матеріал з оптики суттєво впливає на розвиток мислення, формування наукового світогляду учнів, відіграє важливу роль у вихованні молоді. Дуже великі його можливості в аспекті практичної підготовки школярів. Однак цей матеріал не може вивчатися однаково у різних середніх закладах. За цих обставин вивчення оптики відповідно до різних програм має відрізнятися як за змістом, так і за використаними методами і засобами навчання. Це стосується і системи ШФЕ з оптики.

Саме тому розробка і створення навчального комплекту, який поєднує сучасні засоби відтворення різних дослідів з оптики, включаючи і комп'ютерну підтримку у навчанні фізики, дозволить опрацювати підходи до використання сучасних засобів фізичного експериментування й ЕОМ у різних видах діяльності вчителів та учнів на уроках фізики.

Тема наукового дослідження затверджена Вченою радою Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка (протокол № 8 від 26.02.2001 року) і узгоджена в раді з координації наукових досліджень АПН України в галузі педагогіки і психології (протокол №7 від 29.09.2001 р.)

Обраний напрямок наукового дослідження тісно пов'язаний із циклом досліджень, котрі проводяться спільно кафедрою фізики та методики її викладання Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка та Інститутом засобів навчання АПН України відповідно до теми “Дидактичні засади формування комп'ютерно-орієнтованого навчального середовища (держ. реєстр. №0100н002033) та теми “Науково-методичне забезпечення використання у дидактичному процесі засобів навчання нового покоління” (держ. реєстр. № 0100н002034).

Об'єктом нашого дослідження обрано навчання фізики в аспекті впливу шкільного фізичного експерименту на його результати та на активність пізнавальної діяльності його учасників.

Предметом дослідження виступає:

- шкільний фізичний експеримент як невід'ємна складова методики навчання фізики, зміст навчальних дослідів з оптики, які відображають сучасні наукові досягнення, та засоби їх постановки в умовах навчання фізики за варіативними програмами;

- основні засади і принципи створення навчального комплекту з оптики та методика його застосування в середній школі.

Мета дослідження: на основі сучасних концепцій удосконалення навчального обладнання, які базуються на нових технологіях з урахуванням тенденцій розвитку шкільного фізичного експерименту, психолого-педагогічних і дидактичних вимог, розробити систему навчальних дослідів з оптики та методичне їх забезпечення і, таким чином, створити сучасний навчальний комплект з оптики для середньої школи.

Відповідно до поставленої мети під час дослідження було розв'язано три групи завдань. Перша з них охоплювала аналіз процесу навчання фізики у сучасній середній школі в аспекті виявлення ролі в ньому навчального ШФЕ, пов'язаного одночасно зі створенням програмного забезпечення ЕОМ та розробкою методики застосування їх у навчально-виховному процесі, і, відповідно, формулюванням тенденцій розвитку та шляхів подальшого вдосконалення системи ШФЕ з оптики на сучасному етапі його розвитку. Друга група завдань охоплювала практичний аспект розробки на основі сформульованих концептуальних засад такого навчального комплекту з оптики, в якому враховувалися б сучасні наукові досягнення в галузі оптики і сучасні засоби експериментування у навчанні та їх реалізація разом із комп'ютерною технікою у вивченні оптики за варіативними програмами, що передбачає удосконалення методики і техніки різних видів шкільного навчального експерименту. Третя група завдань включала в себе розробку змісту та перевірку ефективності одержаних у ході виконаного дослідження результатів.

Гіпотезою нашого дослідження виступило твердження, що розробка нового навчального обладнання з оптики для середньої школи на основі сучасних фізичних науково-методичних досягнень та з урахуванням основних тенденцій розвитку ШФЕ і вимог педагогічної ергономіки сприятиме створенню ефективного навчального комплекту, який поліпшує методику і техніку навчального експерименту з оптики на основі сучасної експериментальної бази і комп'ютерної техніки, дозволяє розширити перелік та підвищити якість демонстрацій вчителя і самостійних досліджень з оптики (лабораторних робіт і фізичного практикуму) старшокласників, одночасно активізуючи пізнавально-пошукову діяльність учнів та підвищуючи інтерес і мотиви навчання з фізики.

Відповідно до гіпотези та характеру завдань використовувалися такі методи дослідження: теоретичні -- аналіз науково-методичних досліджень, публікацій, методичної літератури, що відображають сучасний стан вивчення оптики у ШКФ та тенденції розвитку ШФЕ, розробка нових приладів та конструювання шкільного фізичного обладнання; удосконалення та перевірка системи дослідів з оптики, що відображають сучасний стан фізичної науки; діагностичні -- виконання та апробація нових і відомих навчальних дослідів з оптики на основі створеного обладнання: демонстрацій вчителя, лабораторних робіт і фізичного практикуму, виконуваного учнями; експериментальна та експертна оцінка навчальних дослідів і обладнання та комплекту з оптики в цілому, апробація створеного комплекту у процесі підготовки майбутніх учителів фізики, на курсах підвищення кваліфікації та у процесі вивчення фізики в середніх загальноосвітніх навчальних закладах, статистичні методи обробки результатів експертної оцінки та їх аналіз.

Теоретико-методологічною основою дослідження стали Національна доктрина розвитку освіти України у ХХІ столітті; концепція неперервної фізичної освіти; основні положення теорії пізнання, діяльнісний підхід до навчання, теорія поетапного формування розумових дій, принципи дидактики та педагогічної ергономіки, теорія ШФЕ та особистісно-орієнтованого навчання.

Дослідження проводилося в чотири етапи:

І етап (1995-1998 рр.) Порівняльне вивчення методики викладання оптики у різних навчальних закладах, опрацювання вихідних позицій до вибору проблеми дослідження. Це дозволило на основі власного досвіду викладання розділу з оптики у загальноосвітній школі, ліцеї та колегіумі вибрати напрямок науково-педагогічного дослідження.

ІІ етап (1998-1999 рр.) Вивчення стану методики навчання оптики, аналіз науково-методичних досліджень з цієї проблеми, спеціальної і методичної літератури з оптики та методики її вкладання. Ознайомлення із станом конструювання навчального обладнання. Опрацювання ергономічних вимог до навчального обладнання та вироблення конкретних рекомендацій для створення навчального приладу з оптики; проходила розробка і створення окремих його елементів, зокрема: джерела випромінювання у вигляді лазерного діода; окремих деталей з оптики, які були згодом об'єднані і склали прилад “Шкільна оптична лава” (ШОЛ-3). Одночасно з цим вивчалися можливості використання комп'ютерної техніки у навчанні фізики та для проведення окремих дослідів з оптики.