Обучение студентов педагогического вуза формированию у учащихся метатехнического знания в учебном процессе по физике

Следует отметить, что цифровой ресурс «Физика современной техносферы» может использоваться в рамках любой из вариативных практик политехнического обучения.

Глава 2. «Содержание и методика обучения будущих учителей физики формированию у учащихся средней школы метатехнического знания».

В ходе констатирующего эксперимента было установлено, что при обучении физике в средней школе задача систематизации и обобщения технических знаний решается не в полной мере. Целенаправленное формирование у учащихся метатехнического знания практически не осуществляется. Это один из существенных недостатков практики реализации принципа политехнизма в обучении физике в современной школе, который обусловлен содержанием методической подготовки будущих учителей в педагогическом вузе.

В настоящем исследовании определена структура специальной профессиональной компетентности учителя физики в области политехнической подготовки учащихся. К компонентам данной СПК отнесены: 1) готовность к формированию и развитию учебной среды в соответствии с задачами политехнического обучения; 2) готовность к формированию технической культуры учащихся при обучении физике; 3) готовность к планированию учебного процесса и проектированию средств обучения политехнической направленности; 4) готовность к проектированию и проведению учебных и внеурочных занятий, включающих освоение учащимися вопросов техники. В содержании указанных компонентов СПК должны быть представлены направления деятельности учителя физики по формированию у учащихся метатехнического знания как базового направления реализации принципа политехнизма.

Подготовка студентов к реализации принципа политехнизма в обучении физике может осуществляться в рамках: 1) учебной дисциплины «Методика обучения физике», включающей специальный учебный модуль (например, «Политехническое обучение в курсе физики средней школы»); 2) самостоятельной работы студентов по данной дисциплине, ориентированной на выполнение системы специальных учебных заданий; 3) курса по выбору; 4) курсовых и выпускных квалификационных работ; 5) индивидуальных и коллективных исследовательских проектов методической направленности; 6) профессионального самообразования; 7) комбинированных образовательных практик. Выбор практики осуществляется с учетом общей стратегии организации учебного процесса в конкретном вузе, содержания основной образовательной программы, профиля обучения, профессиональных интересов преподавателей и студентов. В зависимости от избранной практики обучения следует проектировать и его результат - уровень готовности выпускников вуза к данной области профессиональной деятельности (начальный, основной, повышенный).

В настоящем исследовании рассматривается одна из практик обучения - организация курса по выбору «Принцип политехнизма в обучении физике: содержание и стратегии реализации». В рамках данного курса для студентов являются достижимыми основной и повышенный уровни сформированности СПК.

Обучение включает три этапа: 1) теоретический (изучение содержания принципа политехнизма и обобщенной модели его реализации учебном процессе по физике; освоение методики формирования у учащихся метатехнического знания как базового направления их политехнической подготовки по предмету); 2) практический (приобретение умений в проектировании средств обучения и учебного процесса с их применением); 3) апробационный (формирование опыта деятельности, связанной с подготовкой и проведением учебных занятий).

Модель обучения является адаптивной к условиям обучения в вузе и интересам субъектов образовательного процесса. Ее теоретический этап определяется как инвариантный. Практический и апробационный этапы ориентированы на реализацию вариативной составляющей обучения и допускают выбор наряду с базовым (формирование МТЗ) дополнительных направлений политехнического обучения.

Для каждого этапа обучения должны быть сформулированы основные цели, указаны содержание, методы, формы и технологии обучения, определено содержание самостоятельной работы студентов, ее основные результаты. С целью реализации компетентностного подхода к обучению студентов следует использовать комплекс соответствующих этому подходу образовательных технологий: проектного, продуктивного и проблемного обучения, технологии формирования обобщенных умений профессиональной деятельности, элементов технологии КСО и дистанционных технологий.

Практический и апробационный этапы обучения связаны с решением студентами квазипрофессиональных задач, а именно: а) разработкой образовательного продукта, ориентированного на формирование у учащихся технических знаний (конкретных, метатехнических); б) проектированием и проведением учебного занятия по физике политехнической направленности в форме ролевой игры.

Объектом проектирования должен стать востребованный в педагогической практике образовательный продукт. Степень сложности объекта проектирования - профессиональный выбор преподавателя. Наиболее сложными объектами для разработки являются элективный курс политехнической направленности для средней школы и средства его дидактического обеспечения. Проектирование будет успешным, если предложить студентам обобщенную модель образовательного продукта, сформулировать требования к качеству его разработки, сочетать индивидуальную работу студентов над проектами с элементами коллективной работы, использовать дистанционные технологии поддержки самостоятельной работы студентов.

В рамках базового направления обучения образовательный продукт должен быть ориентирован на применение современных технологий предъявления, систематизации и обобщения физико-технической информации, введения и развития у учащихся средней школы системы понятий метатехники (МТЗ).

В нашем исследовании при реализации базового направления профессиональной подготовки студентов к политехническому обучению объектом проектирования являлся элективный курс «Физика современной техносферы» и сопровождающий его цифровой образовательный ресурс (ЭОР). В составе ЭОР каждый студент создавал авторский цифровой модуль, включающий комплект учебно-методических материалов по конкретному техническому объекту (ТО).

В состав комплекта вошли: 1) описание ТО по обобщенному плану, реализующему концепцию формирования у учащихся метатехнического знания; 2) опорный конспект (ОК) по техническому объекту; 3) презентация ОК в форме «линейного» представления информации о ТО средствами МS PP; 4) ZOOM-презентация ОК в форме структурированного «нелинейного» представления информации и визуализации системы знаний о ТО; 5) виртуальная модель технического объекта, а также виртуальные модели физических явлений и законов, лежащих в основе его работы; инструкция к работе с интерактивной моделью; 6) задания для самостоятельной работы учащихся с материалами модуля; 7) тест, контролирующий усвоение учащимися содержания модуля; 8) каталог медиаобъектов по технике; 9) источники информации по физике и технике; 10) УМК занятия с учащимися средней школы по содержанию модуля.

Подготовка образовательных проектов должна быть связана с освоением будущими учителями физики обобщенных способов профессиональной деятельности. С этой целью в организации самостоятельной работы студентов следует использовать: а) обобщенное описание структуры техносферы и ее элементов, б) систему видов учебной деятельности и видов учебных заданий, ориентированных на политехническую подготовку учащихся, в) систему методов и форм политехнического обучения, г) обобщенные рекомендации по проектированию учебного процесса и средств обучения политехнической направленности (обобщенную структуру УМК занятия, обобщенный план описания ТО, обобщенную модель ЭОР и систему требований к содержанию его модулей, обобщенные схемы разработки инструктивных материалов для учащихся).

Отметим, что разработка обобщенного плана описания технического объекта, реализующего концепцию формирования МТЗ, - одна из важных задач настоящего исследования. К основным блокам этого плана отнесены: 1) научно-техничес-кие знания о ТО; 2) рецептурно-технические знания о ТО; 3) знания о технической деятельности с объектом; 4) знания о системе отношений (взаимодействий) «общество (человек) техника природа» при использовании объекта; 5) знания о влиянии менталитета социума на жизненный цикл технического объекта.

Создание студентами коллективного образовательного продукта для средней школы - элективного курса «Физика современной техносферы» - является важным итогом освоения студентами программы обучения. Будущие учителя физики подготовили учебную программу данного курса для основной и старшей школы, УМК текущих занятий и занятий обобщающего повторения, цифровые модули для их сопровождения. Разработанные модули были объединены в общий ЭОР «Физика современной техносферы». В ресурсе представлены основные разделы курса физики: 1) для основной школы: механические явления, тепловые явления, электрические явления, магнитные явления, электромагнитные колебания и волны, квантовые явления; 2) для старшей школы: молекулярная физика и термодинамика, электродинамика, электромагнитные колебания и волны, квантовая физика. В составе модулей ЭОР «Физика современной техносферы» представлены классические технические объекты, а также объекты современной техники: СВЧ-печь, цифровой фотоаппарат, светодиод, плазменный экран, ЖК-экран, сенсорный экран, спутниковый навигатор GPS, беспроводная точка доступа WI-FI, МРТ, прибор для УЗИ, поезд на магнитной подушке и др. Для каждого уровня образования подготовлены специальные модули «Введение» и «Итоги курса».

Полученные по итогам изучения курса результаты обучения (индивидуальные, коллективные) являются интегративной характеристикой уровня сформированности специальной профессиональной компетентности будущих учителей физики в направлении формирования у учащихся метатехнического знания.

В качестве дополнительного направления подготовки студентов к политехническому обучению в нашем исследовании было выбрано авторское моделирование объектов техники в виртуальной среде и использование данных объектов для формирования у учащихся средней школы физико-технических знаний и умений. Такой выбор был связан с двойным профилем реализуемой на физическом факультете вуза ООП по направлению «Педагогическое образование» («Физика», «Информатика и ИКТ»), а также направлениями НИР кафедры МДиИТО ПГГПУ.

Каждым студентом была создана оригинальная интерактивная модель технического объекта и подготовлены инструктивные материалы для учащихся по работе с данной моделью.

Глава 3. «Содержание и методика проведения опытно-поисковой работы». С целью проверки гипотезы исследования на базе физического факультета Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета в период 2008?2012 гг. была проведена опытно-экспериментальная работа. В этой работе приняли участие 639 учащихся основной и старшей школы, 27 учителей физики и 94 студента 4 и 5-го курсов физического факультета ПГГПУ.

В ходе опытно-поисковой работы были решены следующие задачи: 1) изучение уровня готовности учителей физики средней школы к реализации принципа политехнизма в обучении; 2) анализ сложившейся практики подготовки студентов в педагогическом вузе и оценка уровня их готовности к политехническому обучению школьников, включая готовность к формированию у учащихся обобщенных технических знаний; 3) апробация и корректировка разработанных в настоящем исследовании модели и методики подготовки будущих учителей физики к организации политехнического обучения в направлении формирования у учащихся метатехнического знания; 4) проверка справедливости гипотезы исследования - доказательство достоверности роста результативности обучения студентов на основе предложенной методики.

Общим показателем результативности обучения в нашем исследовании является достигнутый студентами уровень специальной профессиональной компетентности (СПК) в области формирования у учащихся средней школы метатехнического знания. Исходя из понимания сущности компетентности как сложной социально-психической характеристики личности к критериям сформированности СПК были отнесены: 1) качество знаний студентов по основным вопросам программы курса (поэлементная диагностика); 2) качество решения студентами квазипрофессиональных задач (интегративная диагностика): (а) по разработке средств обучения; (б) по проектированию и проведению учебного занятия с применением данных средств. Для указанных критериев были определены соответствующие показатели (знания, умения, владение опытом формирования у учащихся метатехнического знания в условиях применения средств ИКТ).

Количественная оценка уровня сформированности у студентов данной СПК выполнялась по формуле:

K = 1,2•K₁ + 1,6•K₂ + 0,8•K₃

где K₁ , К₂ и К₃ - средние суммарные баллы, полученные студентом соответственно на теоретическом, практическом, апробационном этапах обучения. Разница весовых коэффициентов для указанных этапов обусловлена объемом отведенных на них часов.

Анализ результатов количественной оценки СПК в области формирования у учащихся метатехнического знания позволил выявить группы студентов, существенно отличающиеся уровнем сформированности данной компетенции. В первую группу были включены студенты, для которых значение суммарного балла (K), полученного за выполнение заданий в ходе трех этапов обучения, находилось в интервале 6,5-7,5 (60-70% от максимально возможного балла, преимущественно начальный уровень СПК). Вторую группу составили студенты, для которых значение К находилось в интервале 7,6-9,6 (71-90% от максимально возможного балла, преимущественно основной уровень СПК). В третью группу вошли студенты, имеющие оценочный балл 9,7-10,8 (свыше 90% от максимально возможного балла, преимущественно повышенный уровень СПК).

По результатам коллективной внешней экспертизы качества работы студентов выделено три уровня развития СПК: начальный, основной, повышенный. Доля студентов, обладающих основным и повышенным уровнями, определена в качестве показателя результативности методики обучения.

Уровень компетентности студентов для традиционной практики их подготовки в области политехнического обучения школьников (лекционно-семинарская модель обучения в рамках курса по выбору и самостоятельное выполнение студентами учебного проекта) в целом невысок. Начальный уровень подготовки имеют около 90% студентов, основной уровень - около 10%, в том числе более 60% студентов продемонстрировали лишь «удовлетворительные» теоретические знания. Высокий уровень компетентности не был зафиксирован ни у одного студента.

Применение адаптивной модели обучения обеспечило достаточно полное и глубокое усвоение студентами учебного материала: 85% студентов показали хорошие и отличные знания вопросов теории. Получены существенно более высокие результаты и на практическом уровне подготовки.

Распределение студентов по уровням СПК по двум годам обучения (2010-2011 гг. и 2011-2012 гг.) представлено в таблице и на рисунке. По данным, приведенным в таблице, можно заключить, что индивидуальный показатель СПК у большинства студентов (70% и более) превысил критериальное значение 0,7 (по В.П. Беспалько), что свидетельствует о сформированности у будущих учителей физики необходимого уровня готовности к формированию у учащихся средней школы метатехнических знаний.

По двум годам обучения (2010-2012 гг.) большинство студентов (73%) демонстрируют основной (59%) и повышенный (14%) уровни СПК в решении поставленной профессиональной задачи.

Таблица. Распределение студентов экспериментальных групп по уровням СПК (2010-2011 и 2011-2012 гг.)

Рис. Распределение студентов экспериментальных групп по уровням сформированности СПК

Стабильность результатов применения методики обучения проверялась путем сопоставления показателей измеряемых значений (уровней сформированности СПК студентов) для двух лет проведения исследования с помощью t-критерия Стьюдента. Данное сопоставление возможно, т.к. соблюдается необходимое и достаточное условие: распределение студентов по значению СПК для каждой из выборок является нормальным. Доказательство этого факта основывалось на отсутствии значительных отличий значений моды, медианы и среднего арифметического значения для первой и второй выборок. В результате получено значение t_экс = 0,67 при t_кр = 2,01 для вероятности 0,95. Приведенные данные показывают, что статистически достоверное различие значений измеряемых показателей отсутствует. Это свидетельствует о стабильности положительных результатов применения разработанной методики в течение двух лет исследования.

Основные результаты и выводы исследования

Исследование поставленной проблемы позволило получить объективно новые результаты и сформулировать выводы, определяющие направления модернизации практики обучения будущих учителей физики в педагогическом вузе.

1. В рамках новой парадигмы технознания целью политехнического образования является формирование у учащихся технической культуры, базирующейся на представлениях о современной техносфере. Новые ориентиры политехнического образования являются основанием для обновления содержания принципа политехнизма и методики его реализации в учебном процессе по физике.

2. В содержании политехнической подготовки учащихся должна быть уточнена система технических знаний. В ней должен быть представлен новый компонент - метатехническое знание (МТЗ) как система знаний о техносфере и законо-мерностях ее развития. Необходимо определить структуру и содержание МТЗ, методы и формы работы по его формированию. Требуются специальные средства обучения, реализующие современные технологии предъявления, систематизации и обобщения физико-технической информации, введения и развития системы понятий метатехники в учебном процессе по физике.

3. Формирование у учащихся метатехнического знания (МТЗ) в курсе физики средней школы является новым направлением методической работы учителя, что определяет необходимость совершенствования теории и практики подготовки будущих учителей физики в педагогических вузах.

Специальная профессиональная компетентность (СПК) учителя физики в реализации принципа политехнизма в обучении проявляется в его готовности: к формированию учебной среды, развитию технической культуры учащихся, планированию учебного процесса и проектированию средств обучения политехнической направленности, проектированию и проведению учебных занятий и внеучебной работы, связанной с изучением вопросов техники. В содержании формируемых компонентов СПК должна быть представлена готовность учителя к формированию у учащихся метатехнического знания как базового направления реализации принципа политехнизма, раскрывающего на обобщенном уровне его основные составляющие.

4. Обучение студентов необходимо осуществлять на основе адаптивной образовательной модели, включающей наряду с базовым (инвариантным) дополнительные (вариативные) направления политехнического обучения с целью учета особенностей учебной среды вуза и интересов субъектов образовательного процесса. Необходимо предусмотреть теоретический, практический, апробационный этапы обучения.

Освоение студентами вопросов методики формирования у учащихся метатехнического знания следует организовывать на основе использования квазипрофессиональных задач и применения технологий проектного, продуктивного и проблемного обучения в сочетании с технологией освоения будущими учителями обобщенных способов профессиональной деятельности.

Содержание квазипрофессиональных задач должно быть связано с разработкой студентами образовательного продукта, ориентированного на формирование у учащихся метатехнических знаний, и проектированием и организацией учебного процесса по физике с его применением.

5. Уровень готовности студентов к формированию у учащихся метатехнического знания определяется на основе экспертной оценки качества результатов их проектной работы. Выявленные в исследовании критерии и показатели диагностики СПК студентов позволили дифференцировать уровни сформированности данной компетентности (начальный, основной, повышенный).

Полученные в опытно-поисковой работе результаты обладают необходимыми признаками стабильности и достоверности и являются доказательством существенного влияния разработанной методики обучения студентов на рост уровня их специальной профессиональной компетентности в направлении формирования у учащихся средней школы метатехнического знания.

Основные положения и результаты исследования отражены в публикациях соискателя

Работы, опубликованные в ведущих научных журналах, включенных в реестр ВАК МОиН РФ:

1. Ильин, И. В. Формирование системы метатехнического знания как базовой составляющей технической культуры современного школьника / И. В. Ильин, Е. В. Оспенникова //Педагогическое образование в России. - 2011. - № 3.- С. 208-216. (70% авторских).

2. Ильин, И. В. Систематизация и метауровень обобщения технического знания как одно из направлений реализации принципа политехнизма в обучении физике / И. В. Ильин, Е. В. Оспенникова // European Social Science Journal. - 2012. - № 3. - С. 111-118. (70% авторских).

3. Ильин, И. В. Обучение студентов педагогических специальностей формированию у учащихся системы метатехнического знания в учебном процессе по физике [Текст] / И. В. Ильин // Педагогическое образование в России. - 2012. - № 6. - С. 85-89.

Научные статьи и материалы, опубликованные в других изданиях:

4. Ильин, И. В. Система метатехнического знания в курсе физики средней школы / И. В. Ильин, Е. В. Оспенникова // Физическое образование : проблемы и перспективы развития : материалы 9-й междунар. научн.-метод. конфер. / МПГУ. - М. , 2010. - Ч.1. - С. 59-63. (50% авторских).

5. Ильин, И. В. Понятие «технический объект» как составляющая метатехнического знания / И. В. Ильин // Реализация национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» в процессе обучения физике, информатике, математике : материалы междунар. науч. конф. / Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 2010. - С. 68-71.

6. Ильин, И. В. Развитие технической культуры школьника на основе формирования понятия «техносфера» / И. В. Ильин // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов : материалы XVII междунар. науч.-практ. конф. - Челябинск : ИИУМЦ «Образование», 2010. - Ч. 1. - С. 203-207.

7. Ильин, И. В. Изучение прикладной физики в средней школе с применением средств ИКТ / И. В. Ильин // Вестник ПГПУ. Сер. «ИКТ в образовании». // Пермский гос. пед. ун-т - Пермь, 2010. - Вып. 6. - С. 146-159.

8. Ильин, И. В. Проблема систематизации технического знания в учебном процессе по физике. Использование современных технологий его представления и визуализации / И. В. Ильин, А. П. Печеный // Вестник ПГПУ. Серия «ИКТ в образовании». // Пермский гос. пед. ун-т - Пермь, 2010. - Вып. 6. - С. 110-114. (50% авторских).

9. Ильин, И. В. Метатехническое знание как составляющая технического знания в курсе физики средней школы / И.В. Ильин // Физическое образование: проблемы и перспективы развития : материалы X междунар. науч.-метод. конфер. / Мос. пед. гос. ун-т. - М., 2011. - Ч. 1. - С. 106-109.

10. Ильин, И. В. Подходы к формированию системы метатехнического знания / И.В. Ильин // Развитие мышления в процессе обучения физике : сб. науч. тр. - Вып. 7. - Омск : КАН, 2011. - С. 39-41.

11. Ильин, И. В. Применение принципов мультимедийного обучения при создании насыщенных ZOOM-презентаций / И.В. Ильин, А.П. Печеный // Информатизация образования - 2011 : материалы междунар. науч.-практ. конфер. - Елец, 2011. - Т. 1.- С. 156-160. (50% авторских).

12. Ильин, И. В. Принцип политехнизма в обучении физике и вариативные практики его реализации / И.В. Ильин, Е.В. Оспенникова // Физическое образование: проблемы и перспективы развития: матер. XI междунар. науч.-метод. конфер. - М.: МПГУ, 2012. - Ч.1 - С. 120-124. (50% авторских).

13. Ильин, И. В. Формирование системы метатехнического знания как одно из направлений реализации принципа политехнизма в учебном процессе по физике / И.В. Ильин // Вестник ПГПУ. Сер. «ИКТ в образовании» // Пермский гос. гум-пед. ун-т. - Пермь, 2012. - Вып. 7. - С. 15-25. - URL: http://mdito.pspu.ru/files/vestnik /7/v7_02_ilin.pdf

14. Ильин, И. В. Принцип политехнизма в обучении физике : содержание и стратегии реализации : учеб.-метод. пособие для студ. пед. вузов / И.В. Ильин. // Пермский гос. гум-пед. ун-т. - Пермь, 2012. - 81 с.

15. Ильин, И. В. Элективный курс «Физика современной техносферы» для средней общеобразовательной школы : учеб.-метод. пособие для учителей / И. В. Ильин. // Пермский гос. гум-пед. ун-т. - Пермь, 2012. - 42 с.

Размещено на Allbest.ru