Роль средств обучения для повышения эффективности обучения астрономии в средней общеобразовательной школе

Содержанием образования нового поколения всегда являлись знания, методы и способы деятельности, являющиеся основой материальной и духовной жизни общества. Предвидеть и прогнозировать необходимость развития и углубления знаний об окружающем мире, связанных с расширением хозяйственной деятельности человечества в космосе несложно. Тенденции развития общественного производства говорят о том, что освоение ближнего космоса будет определяющим условием экономической и социальной стабильности любой страны, не желающей отставать в своём развитии от остального мира. Базой для создания, расширения и углубления знаний школьников об основных объектах и закономерностях материальной среды, в которую погружена наша планета и которая явится новой ареной деятельности человека в XXI столетии, являются все естественнонаучные предметы. Особая роль в этих процессах объективно принадлежит астрономии, т.к. этот предмет является единственной школьной дисциплиной формирующей в старших классах, представление о мире за пределами нашей Земли, целостное представление о самой Земле, как о компоненте включённом в систему более высокого порядка и определяющей все процессы на нашей планете.

Астрономия — единственный школьный предмет, рассматривающий структуру и эволюцию материи на «мегауровне» во всех смыслах. Мировоззренческая, гуманитарная, человеческая направленность этого предмета очень высока, но в настоящее время, слабо используется современными курсами, в которых реализован традиционный конкретно-естественнонаучный подход. Большое количество понятий социально-философского, общественно-исторического уровня, которые возникли и развивались на астрономическом материале, в школьном образовании, потеряли свои истоки, приобретая, трудно воспринимаемую школьниками абстрактность и отстранённость от действительности. Такие глобальные вещи как понятие роли, места и смысла деятельности человечества, осознание уникальности и возможно единственности разумной жизни, неосуществимо без астрономии. Многие современные научные теории и концепции невозможно представить и воспринять без рассмотрения связей Земли, как элемента системы, с остальными её компонентами.

Актуальность исследования. Тенденция интеграции астрономических знаний с курсом физики имеет объективную логическую предопределённость, обусловливающая некоторые плюсы подобного объединения. Но при этом, как отмечается многими авторами (Дик Ю.И., Ерохина Р. Я., Разумовский В. Г., Страут Е. К. и др.), при её реализации возникают определённые сложности, обусловленные сложившейся структурой школьных курсов этих предметов. Курс физики структурирован по фундаментальным физическим теориям, а курс астрономии, традиционно, по объектам: звёздное небосолнечная системаприрода тел солнечной системыСолнце и звёзды и т. д.

Единственный из разделов курса астрономии — методы астрофизических исследований систематизирован, так же как и курс физики. Астрофизическая часть курса астрономии является логическим завершением и обобщением естественнонаучных знаний, «.в сущности, здесь речь идёт об отдельных областях единой физической науки, объединённых общими научными принципами и тесно связанными между собой благодаря непрерывному обмену идеями и методами исследования» [1, С. 3]. Астрономия является интегрирующей базой для всех естественнонаучных предметов, во многом потому, что её содержанием является применение, уже знакомых школьникам, естественнонаучных методов исследований к явлениям и объектам, находящимися за пределами Земли.

Поскольку физика и астрофизика, как раздел астрономии, являются частями единой области знаний, то и в соответствующих им школьных предметах принципиально ничто не мешает согласовать между собой все компоненты учебно-воспитательного процесса, включая средства обучения, таким образом, чтобы они представляли собой нераздельную систему интегрированного курса. Необходимость этого диктуется актуальностью и значимостъю цели единого дидактического подхода при изучении всех природных явлений и объектов, осуществления преемственности в их познании, сохранении и учёте особенностей при формировании, развитии и углублении астрономических понятий и представлений, задачей создания цельной системы средств обучения физики и астрономии для интегрированного курса.

Согласование компонентов учебно-воспитательного процесса по физике и астрономии можно начинать с методов обучения. Для естественнонаучных дисциплин ведущими являются теоретические и экспериментальные методы познания. Именно поэтому в теории и методике преподавания физики (практически и всех других естественнонаучных предметов) экспериментальные методы обучения являются одними из основных видов деятельности учащихся и учителей. Учебный физический эксперимент представляет собой основу для всего учебного процесса по физике, для него разрабатываются приборы и оборудование, модели и приспособления для демонстраций, лабораторных и самостоятельных работ. Этот факт подтверждает применение известного дидактического принципа, по которому методы обучения должны, в адаптированном виде, следовать методам познания изучаемой области знаний. В преподавании астрономии, в средней полной общеобразовательной школе, в силу целого ряда причин, этот дидактический принцип, практически не реализуется. Те виды деятельности, при изучении астрономических объектов и явлений, которые можно выделить в качестве экспериментальных методов обучения — некоторые практические работы и астрономические наблюдения, — то практически все они выполняются на астрономической площадке под открытым небом, а также в вечернее и ночное время суток. Организовать и спланировать по времени такие занятия, в обязательном порядке, для всех школьников, нереально, т.к. всегда имеется часть учащихся, для которых их место жительство далеко от школы. Подобное обстоятельство невозможно игнорировать, т.к. данные методы обучения являются стержнем всей познавательной деятельности на уроках. Урок является главньш структурным элементом учебно-воспитательного процесса в школе и его основное содержание неразумно выносить за его же рамки.

Из создавшегося положения одним из выходов является создание конкретно-чувственной, наглядно-образной опоры в обучении с помощью средств обучения астрономии. Их широкое применение не должно восприниматься как принципиальный отказ от вечерних астрономических наблюдений, особенно если они являются частью учебного плана, — средства обучения астрономии должны выполнять те же функции какие несут на себе наглядные пособия и модельные демонстрации на уроках физики. Аудиовизуальные пособия и модели заменяют учебный физический эксперимент на уроках, при невозможности его выполнения из-за технических, экономических или организационных проблем, так и средства обучения астрономии, в аналогичных случаях, должны заменять астрономические наблюдения.

Противоречие между традиционно высокой — познавательной, мировоззренческой ролью астрономии в образовании и её исчезновением из учебных планов школ, между процессом интеграции астрономических знаний в курс физики и различным структурированием учебного материала в данных предметах, между ведущим методом познания в астрономии — наблюдениями и невозможностью их реализации в необходимом объёме в учебном процессе потребовало теоретического осмысления данных противоречий, а также нахождения путей их разрешения, для чего предлагается создание новых средств обучения астрономии и адекватных методик их применения.

Всё изложенное выше определило актуальность теоретико-практического исследования данной работы.

Объектом исследования является процесс обучения астрономии и методика применения средств обучения астрономии в учебном процессе.

Предметом исследования являются дидактические требования к средствам обучения астрономии, их дидактические функции, методика применения средств обучения астрономии при формировании астрономических понятий, а также при изучении астрономических объектов и явлений.

Цель исследования: теоретическое обоснование новых средств обучения астрономии, разработанной методики их применения в средней школе.

В ходе исследования была выдвинута и сформулирована гипотеза г результаты обучения при изучении астрономических объектов и явлений повысятся при условии, если:

1) средства обучения астрономии будут являться главной опорой при введении и развитии астрономических понятий, изучении астрономических объектов и явлений;

2) при создании и применении средств обучения астрономии будет соблюдаться взаимное соответствие пространственно-временных масштабов между отдельными средствами обучения и их соразмерность пространственно-временным масштабами изучаемых объектов и явлений.

При невозможности выполнения данного условия необходимо обязательное применение специальных заданий, аналогий и примеров, компенсирующих данные несоответствия.

В соответствии с целью и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи;

1. Проанализировать современное состояние преподавания астрономии в средней школе.

2. Определить дидактические функции отдельных средств обучения астрономии и их комплексов, дидактические требования к новым средствам обучения астрономии.

3. Разработать новые средства обучения астрономии.

4. Обосновать необходимые компоненты методики применения средств обучения астрономии.

5. Разработать методику применения новых средств обучения астрономии, учитывающую их дидактические функции, основные компоненты методики их применения.

6. Экспериментально проверить эффективность применения разработанных нами новых средств обучения астрономии.

Под эффективностью применения средств обучения мы понимаем увеличение объёма знаний и умений, сформированных у школьников в учебном процессе в сравнении с контрольными классами, повышение их познавательных интересов, возникновение положительной эмоциональной атмосферы на уроках.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы: анализ методической и психологической литературы по теме исследованияанализ учебно-познавательной деятельности учащихсясистемно-структурный анализбеседы с учащимися и учителямитехнолого-конструкторские разработкипедагогический эксперимент.

Научная новизна исследованияI.

1. Определены дидактические функции средств обучения астрономии: выделение и демонстрация количественных и качественных свойств, связей объекта или явления в динамике, в процессе эволюции.

2. Предложена новая педагогическая классификация средств обучения астрономии, в качестве оснований для которой выступают основные этапы формирования научных понятий: 1) формирование чувственных образов физических тел и процессов- 2) демонстрация свойств и признаков изучаемого объекта или явления- 3) выделение и показ количественных и качественных связей объекта или явления- 4) создание условий для применения полученных знаний на практике.

3. Выделены необходимые компоненты методики применения средств обучения астрономии: методические приёмы для отождествления субъективного пространства наблюдателя с воображаемым пространством моделимнемические правила перевода информации на язык внутренних мыслей и образовметодические приёмы формирования адекватных образов астрономических объектов и явлений в процессе неполного и неточного отображения.

Теоретическая значимость исследования заключается в анализе психолого-дидактических особенностей формирования астрономических понятий, формулировании общих подходов к созданию комплексов и средств обучения ¦ астрономииобосновании классификации средств обучения астрономии по их дидактических функциям, уточнении содержания понятий средств обучения и системы средств обучениявыделении и обосновании необходимых компонентов методики применения средств обучения астрономии.

Практическая значимость исследования заключается в разработке трёх учебных пособий по астрономии вместе с научно-обоснованными методическими рекомендациями и системой учебных заданий. Одно из пособий принято к производству МО РФ и сдано для тиражирования на фабрику учебных пособий (проекционная карта звёздного неба, в типовом перечне под названием «карта подвижная демонстрационная», в разделе транспаранты), второе выпущено малым внедренческим предприятием «Педагогические технологии» (комплект транспарантов «Большая медведица»), третье включено МО РФ в список изделий подлежащих разработке и внедрению в школы (в типовом перечне: модель солнечной системы проецируемая). Данные пособия могут широко применяться в средней общеобразовательной школы на уроках астрономии, естествознания, кружковых, дополнительных и факультативных занятиях по данным предметам, а также в учебном процессе педагогических вузов.

На защиту выносится:

1. Обоснование и определение дидактических функций средств обучения астрономии: выделение и демонстрация количественных и качественных свойств, связей объекта или явления при различных ракурсах его рассмотрения, в динамике, в процессе эволюции.

2. Классификация дидактических функций средств обучения астрономии, в качестве основания для которой принимаются основные этапы формирования научных понятий:

— формирование чувственных образов физических тел и явлений;

— демонстрация свойств и признаков изучаемых объектов и явлений;

— выделение и показ их количественных и качественных связей;

— создание условий для применения полученных знаний на практике, формирования способов деятельности, соответствующих им умений.

3. Обоснование необходимых компонентов методики применения средств обучения астрономии в качестве которых выделяются:

— методические приёмы для упрощения отождествления субъективного пространства наблюдателя с воображаемым пространством модели, правила переноса субъективного пространства в новые системы координат создаваемые средствами обучения;

— мнемические правила перевода информации на язык внутренних мыслей и образов, определение взаимно однозначного соответствия, связей подобия и ассоциации между структурными и содержательными элементами средств обучения и их прообразами;

— методические приёмы формирования адекватных образов астрономических объектов и явлений в процессе неполного и неточного отображения, учитывающие принципиальное несоответствие между средствами обучения и реальными объектами и процессами.

4. Новые средства обучения астрономии, среди которых основным является созданная нами проекционная карта звёздного неба.

5. Методика применения проекционной карты звёздного неба в учебном процессе учитывающая дидактические функции средств обучения астрономии, особенности формирования астрономических понятий.

Апробащмя и внедреиие результатов исследования. Основные результаты исследования докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях кафедры теории и технологий физического образования БГПУ и кафедральных методических семинарах (1993;2000 г. г.), научно-практических конференциях молодых учёных и аспирантов, проводившихся в НИИ СиМО и НИИ ШОТСО АПН СССР в 1989 и 1990 г. г., региональных и межвузовских научно-практических и методических конференциях проводившихся на базе БГПУ (1990 — 1999 г. г.), международной научно-практической конференции посвященной вопросам образования (АПН СССР, июль 1990 г.). Были учтены и проанализированы замечания и предложения, высказанные при обсуждении доклада прочитанного автором в Московском городском институте усовершенствования учителей в 1989 г., а также в ходе занятий проведённых на курсах повышения квалификации для учителей физики и астрономии Амурской области в 1993 — 2000 г. г.

Экспериментальная проверка эффективности разработанной методики и новых средств обучения астрономии проходила в течение 1987 — 1999 г. г. на базе Болконской средней школы Благовещенского района Амурской области (учитель физики и астрономии Санько В.К.), Правовосточной средней школы Ивановского района Амурской области (учитель физики и астрономии Кострыкин Г. Е.), средней общеобразовательной школе № 5 г. Благовещенска и лицея при Благовещенском государственном педуниверситете (учитель астрономии Сершенко Ю.П.), средней общеобразовательной школе № 11 г. Благовещенска, лицея при Амурском государственном университете, физико-математическом факультете БГПУ, научном обществе учеников Амурской области (занятия проводились автором).

Исследование проводилось в три этапа.

На первом этапе (1987 — 1990 г. г.) в результате анализа психолого-педагогической литературы, личного опыта практической работы в качестве учителя физики и астрономии с 1982 г., беседы с учителями физики и астрономии Амурской области, г. Москвы и Московской области (п. Черноголовка), участие во всероссийском срезе знаний по физике и астрономии в г. Калуга в марте 1990 г. (срез знаний по физике и астрономии проводился лабораторией физики НИИ СиМО АПН СССР), участие и организация районных (Ивановский район, Амурская обл.) и городских (г. Благовещенск) учительских методических конференций и семинаров позволил выявить современное состояние преподавания астрономии в средней общеобразовательной школе. Был определён объект и предмет исследования, его цель, задачи, гипотеза и методы.

Основным содержанием второго этапа (1988 — 1992 гх.) являлась разработка новых учебных пособий, в частности проекционной карты звёздного неба и методических рекомендаций для её применения, создание и апробация учебных заданий. Была подвергнута предварительной проверке гипотеза исследования, разработана методика исследования, определены методы обработки результатов педагогического эксперимента.

На третьем этапе (1993 — 1998 г. г.) проверялась общая гипотеза исследования. Проводились наблюдения за учащимися на уроках и практических занятиях, обучение с применением новых средств обучения астрономии по экспериментальным методикам с использованием научно обоснованной системы заданий и упражнений. В конце года проводились итоговые контрольные работы в экспериментальных и контрольных классах, систематизировались и обрабатывались результаты опытно-экспериментальной работы.

Структура диссертации определяется целями и задачами исследования и включает введение, три главы с выводами по каждой, заключение, список используемой литературы и приложения. Диссертация содержит 157 страниц основного текста, включая 3 таблицы, 6 графиков, 1 схему. Общий объём диссертации 205 страниц, включая список литературы из 170 наименований и двух приложений состоящих из 34 рисунков.

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.

1. В результате констатирующего эксперимента установлено, что в настоящее время в средней общеобразовательной школе происходит процесс объединения элементов знаний традиционно различно структурированных предметов, которые существенно отличаются по методам обучения.

2. Проведение поискового эксперимента позволило оценить педагогическую эффективность описанных в литературе и входящих в типовой перечень средств обучения астрономии. Установлено, что астрофизическая часть курса астрономии практически не обеспечена адекватными средствами обучения.

3. В результате поискового эксперимента проведена разработка новых средств обучения астрономии в соответствии с их дидактическими функциями и требованиями.

4. Проведённый анализ результатов педагогического эксперимента свидетельствует о значительном влиянии предлагаемой нами методики на расширение знаний и умений школьников по астрономии, повышению их успеваемости, возникновению положительного эмоционального фона на занятиях, росту познавательных интересов, укрепления сознательной дисциплины.

Таким образом, доказана справедливость выдвинутой гипотезы о большей эффективности предлагаемой нами методики обучения астрономии с применением новых средств обучения астрономии по сравнению с традиционной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Изучена и проанализирована психолого-педагогкческая, методическая литература и диссертационные исследования по проблеме создания и применения средств обучения астрономии в учебном процессе, уточнено понятие средств обучения и системы средств обучения.

2. Проведён обзор и анализ существующих средств обучения астрономии. Установлено, что существующие средства обучения астрономии применяются для создания зрительных образов и иллюстрации научных понятий в основном по разделу сферической астрономии.

3. В результате теоретического анализа учебно-воспитательного процесса и средств обучения астрономии, педагогической литературы и исследований по данной теме определены дидактические функции присущие именно средствам обучения астрономии и их комплексам: выделение и демонстрация количественных и качественных свойств, связей объекта или явления при различных ракурсах его рассмотрения, в процессе эволюции.

4. Предложена новая педагогическая классификация средств обучения астрономии по выделенным и теоретически обоснованным основаниям, в качестве которых выступают основные этапы формирования научных понятий:

— формирование чувственных образов физических тел и явлений;

— демонстрация свойств и признаков изучаемых объектов и явлений;

— выделение и показ их количественных и качественных связей;

— создание условий для формирования способов деятельности и соответствующих им умений.

5. Классифицированы и проанализированы по выделенным основаниям все известные средства обучения астрономии. Проведённый анализ позволяет сделать вывод о том, что нет ни одного понятия, ни школьного, ни вузовского курса которое проходит последовательно без пропусков все этапы дидактического цикла формирования астрономических понятий. Предложенная классификация средств обучения по выделенным основаниям возможна и для всех других естественнонаучных предметов. Данная классификация имеет общепедагогическую значимость так как при её применении становится ясно, какие дидактические этапы, и у каких понятий пропущены при их введении. Она представляет собой инструмент анализа учебно-воспитательного процесса, может являться составной частью педагогических технологий конструирования школьных предметов.

6. Определены и обоснованы необходимые компоненты методики применения средств обучения астрономии в учебном процессе:

— методические приёмы для упрощения отождествления субъективного пространства наблюдателя с воображаемым пространством модели, правила переноса субъективного пространства в новые системы координат создаваемые средствами обучения;

— мнемические правила перевода информации на язык внутренних мыслей и образов, определение взаимно однозначного соответствия, связей подобия и ассоциации между структурными и содержательными элементами средств обучения и их прообразами;

— методические приёмы формирования адекватных образов астрономических объектов и явлений в процессе неполного и неточного отображения, учитывающие принципиальное несоответствие между средствами обучения и реальными объектами и процессами.

7. Разработан ряд новых, средств обучения астрономии, из которых наиболее значимым является проекционная карта звёздного неба.

8. Разработана методика применения новых средств обучения астрономии в комплексе с существующими традиционными средствами обучения, а также с созданными в ходе данного исследования.

9. Экспериментально подтверждена эффективность применения новых средств обучения астрономии в учебном процессе и методика их использования. Результаты педагогического эксперимента показали, что объём знаний и умений учащихся в экспериментальных классах существенно выше, чем в контрольных, применение новых средств обучения астрономии заметно повышают положительный эмоциональный фон на уроках, создают позитивную мотивацию в обучении, что подтверждает достоверность принятой гипотезы исследования.

10. Предложена общая методическая структура изучения курса астрономии, которая заключается в том, что к описанию объектов Вселенной необходимо идти от наблюдательных данных, представленных одновременно с методами их получения. На следующей стадии, полученные знания обобщаются на основе фундаментальных физических теорий, так как это происходит в курсе физики. При данном порядке изучения предмета методические концепции изучения курсов физики и астрономии будут соответствовать друг другу.

Решение задач поставленных перед данным исследованием позволяет в дальнейшем перейти к созданию системы средств обучения интегрированного курса физика-астрономия, с единой системой демонстрационного эксперимента, лабораторных работ и работ физико-астрономического практикума для вузов.

Создание новых средств обучения астрономии, из которых наиболее значимым является проекционная карта звёздного неба, будет способствовать повышению эффективности учебно-воспитательного процесса. Применение только одной проекционной карты звёздного неба уже заметно увеличивает действенность учебно-воспитательного процесса по астрономии, что подтверждается данными педагогического эксперимента. Проекционная карта звёздного неба позволяет проводить отдельные практические работы по астрономии в закрытом помещении, моделировать некоторые астрономические явления, иллюстрировать важнейшие понятия. Очевидно, что если практические и лабораторные работы по астрономии не адаптировать для проведения в закрытом помещении, в урочное время, то они не будут проведены вообще. Проекционная карта звёздного неба может играть большую роль не только при подготовке и проведении вечерних астрономических наблюдений, но и непосредственно на уроке после проведения наблюдений.