Обучение физике учащихся старшей профильной школы в условиях синергетического подхода

Образование, наряду с экономикой и политикой, относится к сложно-организованным системам. Оно состоит из нескольких подсистем, которые по отношению к более частным сами являются системами: детский сад, школа (начальная, основная, старшая), вуз и др. Эти системы и подсистемы не изолированы, они связаны друг с другом и с внешней средой, иными словами они являются открытыми, а потому для них свойственны процессы самоорганизации. Характерной особенностью таких систем является то, что они обладают большим количеством состояний и несколькими путями развития. В таких системах процесс познания идет от простого к сложному, от сущности первого порядка к сущности второго, третьего и т. д. Процесс становления, например, физического знания можно рассматривать как процесс эволюционного развития от фактов и понятий к теориям, а от них — к физической картине мира. В Законе Российской Федерации «Об образовании» отмечается, что содержание образования должно обеспечить формирование у обучающихся современной научной картины мира, которая позволит обосновать связь живой и неживой природы, научить человека жить в современном информационном потоке, создать предпосылки и условия для самообучения, самовоспитания и самоорганизациисоздать условия для развития личности, обладающей ценностями, основанными на обще1уманистических принципах самоутверждения и самоорганизации.

Модернизация системы образования регламентирована основополагающими нормативными документами российского образования [81−82]. В этих документах определен целый ряд важнейших задач, решение которых может способствовать совершенствованию содержания образования, организации профильного обучения в старшей школе. Для их реализации предусмотрено выделение двух компонентов образования: инвариантного (базового — единого и обязательного для всех) и вариативного (профильного — многоуровневого). Принцип вариативности в решении задач профильного обучения дает возможность педагогическому коллективу, учителю конструировать, а ученику — выбирать собственную образовательную траекторию, соответствующую его интересам, способностям и познавательным потребностям. Все это способствует обновлению информационной базы содержания образования, которое ведет к формированию иного взгляда на окружающую действительность.

Система знаний о природе неживой и живой формируется комплексом наук, но одной из ведущих является физика. Поэтому модернизация школьного образования не могла не отразиться на содержании школьного курса физики. Вопросам совершенствования содержания физического образования на разных этапах его реформирования, и методики его изучения посвящены исследования В. А Бетева, И. Беленок, Н. Е. Важеевской, З. А. Вологодской, А. И. Гурьева, М. Д. Даммер, В. Ф. Ефименко, В. И. Земцовой, А. Н. Крутского, И. Я. Ланиной, Р. И. Малафеева, Е. В. Оспенниковой, А. И. Подольского, Н. С. Пурышевой, В. И. Тесленко, A.B. Усовой, A.A. Фадеевой, Т. Н. Шамало, A.B. Шаповалова и др.

В настоящее время разрабатывается содержание и методика вариативного обучения физике в старшей профильной школе. Большой вклад в теорию и практику профильного обучения внесли C.B. Бубликов, ЮИ. Дик, Л. Я. Зорина, И. С. Карасова, С. Е. Каменецкий, H.A. Клещева, A.C. Кондратьев,.

A.Н. Мансуров, А. Е. Марон, В. В. Мултановский, В. А. Орлов, В. А. Петров,.

B.Г. Разумовский, Ю. А. Сауров, A.B. Тарасов, H.H. Тулькибаева, A.B. Усова, O.A. Яворук и др.

Вместе с тем следует отметить, что проблема вариативного обучения актуальным вопросам современной физики продолжает оставаться нерешенной, в частности, не раскрыты задачи проектирования не только вариативных элективных курсов для старшей профильной школы, но и методология обобщения фундаментальных физических идей. В настоящее время курс физики старшей школы включает вопросы, которые преимущественно рассматривают явления, происходящие в замкнутых, равновесных и линейных системах. В некоторых примерах, описывающих неравновесные и нелинейные системы (лазер), не раскрываются процессы самоорганизации, происходящие в них. Между тем именно механизм самоорганизации систем как в неживой, так и в живой природе может изменить взгляды учащихся на сущность современной научной картины мира, которую в школьном обучении целесообразно раскрывать в условиях синергетического подхода. В рамках этого подхода физическое образование можно рассматривать как единую самоорганизующуюся и саморазвивающуюся систему (Н.М. Бергер, В. Г. Виненко, Л. Я. Зорина, Г. Г. Никифоров, Г. Я. Мякишев, В. А. Орлов, JI.B. Тарасов и др.). Синергетика как междисциплинарное научное направление в педагогике рассматривается в работах Г. А. Аванесова, В. И. Аршинова, В. И. Андреева, В. А. Беликова, В. Г. Буданова, Э. В. Гирусова, В. В. Горбачева, М. Т. Громовой,.

B.C. Егорова, В. А. Игнатовой, В. В. Маткина, И. С. Стекловой, И. А. Суриной, А. П. Тесленко, Н. М. Таланчука, С. С. Шевелевой, Е. В. Яковлева и др. Исследователи доказывают, что применение синергетического подхода в образовании может оказать влияние на процесс интеграции гуманитарного и естественнонаучного знания [78]. Интеграция разных образовательных областей знания, по их мнению, позволит рассматривать окружающий мир в единстве и целостности. Изучение физики в условиях синергетического подхода предполагает реализацию трех его направлений: синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования [25]. С 70-х годов XX столетия синергетика как междисциплинарное научное направление стала развивать идеи современной научной картины мира на основе трех форм интеллектуального и эмоционального опыта людей: мироощущения, мировосприятия, миропонимания (Дж. Глейк, Дж. Карери, Н. Ю. Климонтович,.

C.П. Курдюмов, E.H. Князева, Ф. Мун, Г. Николис. Б. Н. Пойзнер, И. Приго-жин, А. Д. Урсул, Г. Хакен и др.).

Применительно к процессу обучения физике взгляды и убеждения (мировоззренческий компонент образования) можно оценивать при наличии эмоциональной окраски мировоззренческого знания, свидетельствующего о готовности и умении ученика отстаивать свою точку зрения (В.А. Айнштейн, И. С, Добронравова, В. Г. Иванов, E.H. Князева, И. К. Кудрявцев,.

B.Н. Мощанский, Ю. В. Сенько, Д. С. Чернавский, А. Н Черкасов, О.Р. Ше-фер). Мировоззренческий аспект работы учителя физики по развитию мышления учащихся, в том числе естественнонаучного, во многом определяется умением оперировать диалектическими противоречиями (Г.А. Берулава,.

C.А. Старченко, С. А. Суровикина, A.B. Усова, Н.В. Шаронова).

Однако исключительно важные мировоззренческие вопросы, основу которых составляют идеи синергетики, почти не включены в школьные учебники старшей профильной школы, за исключением материала, представленного в учебных пособиях JI.B. Тарасова, В. А. Орлова и Г. Г. Никифорова, рекомендованных для занятий по физике, в том числе на элективных курсах в старшей профильной школе. Может быть, именно этот факт позволил в содержании физического образования выделить ряд противоречий: между значимостью идей синергетики для науки, общества, образования и недостаточностью отражения этих идей в содержании курса физики старшей профильной школы;

— между необходимостью формирования современного научного мировоззрения на основе нового мировидения и миропонимания и недостаточностью материала, который мог бы раскрыть эти идеи в школьном курсе физики;

— между современными требованиями к содержанию физического образования, ориентирующими на формирование нового мировидения и миропонимания у учащихся старшей профильной школы, и недостаточной разработанностью методических путей развития современного научного мировоззрения учащихся.

Выделенные противоречия позволили сформулировать актуальность проблемы исследования: определение условий и направлений реализации синергетического подхода в обучении физике учащихся старшей профильной школы. Вышеназванная проблема обусловила выбор темы исследования: «Обучение физике учащихся старшей профильной школы в условиях синергетического подхода».

Объект исследования процесс обучения физике учащихся старшей профильной школы в условиях синергетического подхода.

Предмет исследования методика реализации синергетического подхода при обучении физике учащихся старшей школы, способствующего формированию современного мировоззрения на основе нового мировидения и миропонимания.

Цель исследования разработать необходимые и достаточные условия для реализации основных направлений синергетического подхода (синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования) при обучении физике учащихся старшей профильной школы.

Гипотеза исследования формирование современного научного мировоззрения в процессе обучения физике учащихся старшей профильной школы может быть более результативным, если разработать необходимые и достаточные условия реализации синергетического подхода:. осуществить выбор стратегии обучения на основе трех направлений: «синергетика для образования», «синергетика в образовании», «синергетика образования" — раскрыть дидактические функции подхода (интеграция, фазовые переходы систем различной природы, переход педагогического управления в самоуправление) — разработать виды деятельности учителя физики по проектированию подходаосуществить выбор организационных форм обучения, на которых реализуется педагогическое управление и самоуправление во взаимодействии. Задачи исследования:

1. Изучить возможности создания условий для выбора вариативного содержания обучения физике учащихся X — XI классов.

2. Обосновать положение о том, что синергетический подход выполняет функции методологического принципа, способствующего формированию научного мировоззрения на основе нового мировидения и миропонимания окружающей действительности.

3. Разработать методику реализации трех направлений синергетического подхода (синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования).

4. Разработать виды деятельности учителя по проектированию идей синергетики в профильном физическом образовании.

5. На основе методологического анализа структуры физической картины мира разработать логический граф структуры и содержания синергетической картины мира.

6. В условиях педагогического эксперимента: 1) проверить положения, сформулированные в гипотезе- 2) осуществить отбор критериев, с помощью которых можно проверить влияние синергетического подхода при обучении физике учащихся старшей профильной школы на процесс формирования у них современного научного мировоззрения (нового мировидения, миропонимания).

Методологическую и теоретическую основу исследования составили:

1. На философском уровне — теория научного познания, ее диалектические методы;

2. На общедидактическом и психолого-дидактическом уровнях — теории развитиясамоорганизациисистемпоэтапного развития умственных действий;

3. На частно-дидактическом уровне — концепция конструирования структуры и содержания элективных курсов по физике в старшей профильной школе на основе принципа вариативностисовокупность подходов, способствующих формированию современного мировоззрения.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

— теоретические — теоретический анализ научных трудов в области общей и предметной педагогики, методики обучения физике, психологии, философии, инновационных методов обучения, теории информации и теории графов;

— эмпирические — анализ нормативных документов для разных образовательных уровней обучения учащихся и содержания физического образования в виде ГОСов, различных программ курсов, в том числе элективных, а также способов организации процесса обучения физике учащихся старшей профильной школыколичественное описание процессов, механизмов использования моделей;

— статистические — педагогический эксперимент (наблюдение, анкетирование, беседа, метод экспертных оценок, контрольные срезы знаний учащихся, тестирование, контроль остаточных знаний) — методы математической статистики для подтверждения результатов эксперимента.

В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось в несколько этапов.

Первый этап (2002 — 2003 гг.) — ориентировочно-ознакомительный. Он связан с анализом педагогической, дидактической, научно-методической, философской литературы, диссертаций и научных публикаций по теме исследования с целью изучения направлений использования синергетического подхода в образовании в целом и в обучении физике в частности.

Второй этап (2003 — 2004 гг.) — подготовительно-поисковый. Проанализированы программы, структура и содержание курсов физики старшей профильной школы, изучена литература, в которой раскрываются основные вопросы синергетики с целью разработки методики реализации синергетического подхода при обучении физике. Определены возможности использования основных идей и понятий синергетики в структуре и содержании курса физики и на элективных курсах на основе принципа вариативности. Организован и проведен поисковый эксперимент, в ходе которого уточнена методика реализации синергетического подхода в старшей профильной школе.

Третий этап (2004 — 2005 гг.) — экспериментально-аналитический. На данном этапе изучена научно-методическая литература, раскрывающая вопросы формирования мировоззрения учащихся. Разработаны: 1) программы элективных курсов для классов разной профильной направленности: общеобразовательной, гуманитарной и физико-математической- 2) методика проведения обобщающих занятий, включающих основные идеи синергетики. На основе анализа границ применения теорий, законов, изучаемых в школьном курсе физики, формировалось новое мировидение и миропонимание окружающей действительности. Проведена апробация элективных курсов, обобщающих занятий в ходе обучающего эксперимента.

Четвертый этап (2005 — 2007 гг.) — контрольно-обобщающий. Завершен обучающий и осуществлен контрольный эксперименты. Проведена проверка результативности разработанной методики обучения физике. Проверена возможность изучения отдельных понятий синергетики на элективном курсе предпрофильной подготовки (IX класс). Осуществлен анализ результатов данного этапа эксперимента.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. Выявлены и теоретически обоснованы необходимые и достаточные условия для реализации синергетического подхода в обучении физике.

2. Разработана методика вариативного включения трех направлений синергетики (синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования) в образовательный процесс по физике старшей профильной школы.

3. Определены этапы проектирования деятельности учителя по реализации идей синергетики в профильном физическом образовании учащихся средней школы.

4. Разработан логический граф структуры и содержания синергетической картины мира.

Теоретическая значимость исследования: 1. Уточнено понятие синергетического подхода как методологического принципа, способствующего формированию нового мировидения и миропонимания (мировоззрения) на основе обобщения и систематизации знаний учащихся о самоорганизующихся системах как в живой, так и в неживой природе.

2. Расширены границы применения принципа вариативности в обучении физике учащихся старшей профильной школы, позволяющего осуществить многоуровневость физического образования в условиях элективного курса, предоставив каждому ученику возможности свободного выбора дополнительной траектории для удовлетворения познавательных потребностей и интереса.

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработаны:

1. Программы и содержание элективных курсов для классов разного профиля: «Случайность, которая творит мир» (гуманитарный профиль) — «В поисках нового мировидения» (физико-математический профиль) — «Эволюция физической картины мира: от механической к синергетической» (базовый уровень);

2. Рекомендации по методике проведения обобщающих занятий с использованием идей синергетики в форме проблемного семинара, собеседования, занятия в диалоговой форме, в форме творческой мастерской, реализующих идеи личностно ориентированного и индивидуального обучения.

Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования обусловлены аргументированным отбором теоретических положений и принципов, отвечающих современным тенденциям развития образования, адекватностью выбранных методов целям и задачам исследования, положительными результатами педагогического эксперимента.

Апробация результатов исследования. Практическая проверка разработанной методики осуществлялась в МОУ гимназии № 10, МОУ лицеи № 31, общеобразовательных средних школах МОУ СОШ № 12 и № 28 города Челябинска.

Основные результаты исследования обсуждались на: Международных научно-практических конференциях (Челябинск, 2005, 2006 гг.) — XII Всероссийской научно-практической конференции по проблеме методологии и методики формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов (Челябинск, 2004, 2005, 2006 гг.) — V Всероссийской научно-практической конференции по проблеме психодидактики высшего и среднего образования (Барнаул, 2004 г.) —. конференциях по итогам научно-исследовательских работ аспирантов и соискателей ЧГПУ (Челябинск, 2003,2004гг.) — Всероссийской научно-практической конференции по проблеме теоретико-методологических основ совершенствования естественнонаучного и технологического образования в школе и педагогическом вузе (Челябинск, 14 -15 февраля 2005 г.) — методологических семинарах и заседаниях лаборатории «Молодой ученый» на базе кафедры теории и методики обучения физике ЧГПУ (Челябинск, 2003,2004, 2005, 2006 гг.).

Участие в областном конкурсе на лучшую программу элективного курса для старшей профильной школы (авторская программа «Эволюция физической картины мира: от классической к синергетической» заняла второе призовое место).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Синергетический подход в обучении физике учащихся старшей профильной школы является методологическим принципом, регулирующим вариативный компонент образовательной программы.

2. Реализация синергетического подхода в обучении физике учащихся старшей профильной школы осуществляется по трем направлениям: синергетика для образования, синергетика в образовании, синергетика образования, которые определяют теоретические предпосылки конструирования структуры и содержания программ элективных курсов для классов разного профиля, а также методику проведения обобщающих занятий, включающих вопросы самоорганизации (идеи синергетики) открытых, неравновесных и нелинейных систем.

3. Элективные курсы по проблемам синергетики являются: 1) «надстройкой» профильного учебного предмета (физика) для углубления знаний учащихся о явлениях и законах, включенных в федеральный базисный план- 2) «надстройкой», удовлетворяющей познавательные интересы учащихся классов 17манитарного и общеобразовательного профилей и способствующей развитию мировоззрения учащихся на основе нового мировидения и миропонимания.

4. Деятельность учителя физики по проектированию синергетического подхода в профильном физическом образовании включает четыре этапа: 1) осознание необходимости включения в школьное образование материала по синергетике, способствующего формированию нового мировидения и миропонимания- 2) поиск дидактических средств, способствующих реализации синергетического подхода в обучении физике учащихся старшей профильной школы- 3) разработку способов и форм обобщения знаний и умений учащихся на основе эволюции физической картины мира: от механической к синер-гетической- 4) разработку программы элективного курса, структура и содержание которого раскрывают идеи самоорганизации открытых, неравновесных и нелинейных систем.

1. Дирак, П. А. Эволюция взглядов физиков на картину природы // Вопросы философии. — 1963. — № 12.

2. Дуков, В. М. Электрон: история открытия и изучения свойств / В. М. Дуков. -М.: Просвещение, 1966.-236 с.

3. Дягилев, Ф. М. Из истории физики и жизни ее творцов: кн. для учащихся / Ф. М. Дягилев. М.: Просвещение, 1986. — 255 с.

4. Карасова, И. С. Изучение фундаментальных физических теорий на факультативных занятиях в средней школе / И. С. Карасова, П. В. Пекин. Челябинск: изд-во ЧОИУЧ: ЧГПИ, 1990. — 256 с.

5. Мултановский, В. В. Физические взаимодействия и картины мира в школьном курсе / В. В. Мултановский. М.: Просвещение, 1977. — 168 с.

6. Тарасов, JI.B. Современная физика в средней школе / JI.B. Тарасов. М.: Просвещение, 1990. — 288 с.дополнительная.

7. Варикаш, В. И. Физика в живой природе: книга для учащихся / В. И. Варикаш, И. М. Варикаш, Б. А. Кимбар. Минск: Нар. асвета, 1984. — 127 с.

8. Голин, Г. М. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в.): справочное пособие / Г. М. Голин, С. Р. Филонович. М.: Высш. шк., 1989. -576 с.

9. Горбачев, В. В. Концепция современного естествознания: учебное пособие для студентов вузов / В. В. Горбачев. М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с.

10. Горелов, A.A. Концепция современного естествознания: учебное пособие / A.A. Горелов. М.: Высшее образование, 2005. — 335 с.

11. Гуляев, С. А. Основы естествознания: учебное пособие для гуманитарных направлений бакалавриата / С. А. Гуляев, В. М. Жуковский, C.B. Комов. Екатеринбург: изд-во «Урал Эко Центр», 2001. — 560 с.

12. Климонтович, Н. Ю. Без формул о синергетике / Н. Ю. Климонтович. -Минск: Выш. шк., 1986.-223 с.

13. Короновский, A.A. Нелинейная динамика в действии: Как идеи нелинейной динамики проникают в экологию, экономику и социальные науки / A.A. Короновский, Трубецков Д. И. Саратов: Изд-во ГОсУНЦ «Колледж», 2002. 324 с.

14. Лозовский, В. Н. Концепция современного естествознания: учебные пособия / В. Н. Лозовский, C.B. Лозовский. СПб.: изд-во «Лань», 2004. — 224 с.

15. Орлов, В. А. Равновесная и неравновесная термодинамика: учебное пособие / В. А. Орлов, Г. Г. Никифоров. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. — 119 с.