Учебное исследование теоретического материала как средство формирования исследовательской компетенции будущего учителя физики

#

времени при автоматизации рутинных операций вычислительного, поискового характера;

- повышению мотивации обучения за счет компьютерной визуализации изучаемых объектов, явлений, процессов;

- развитию мышления: наглядно-образного, теоретического, абстрактно-логического;

- формированию знаний студентов о возможностях применения информационных технологий в предметной области;

- развитию компьютерной и графической культуры будущего преподавателя математики.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Асланов Р. М. Гуманитарный потенциал профессионально ориентированного курса дифферен-

циальных уравнений в педвузе: Моногр. - М.: Прометей, 1996. - 129 с.

2. Педагогика и психология высшей школы. - Ростов н/Д.: Феникс, 1998. - 544 с. - (Серия «Учебники, учебные пособия»).

3. Кондауров В. М, Основин В. С., Просвирнин Ю. Г. Основы вузовской педагогики / Под ред. Н. В. Кузьминой. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1972. - 311 с.

4. Информационные технологии в образовании: Учеб. пособие для студентов высш. пед. учеб. заведений. - М.: Академия, 2003. - 192 с.

5. Эдвардс Г., Пенни Э. Дифференциальные уравнения и краевые задачи моделирования и вычисление с помощью Mathematica, Maple, и MATLAB / Пер. с англ. - 3-е изд. - М.: Вильямс, 2008. - 1104 с.

УЧЕБНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ КОМПЕТЕНЦИИ БУДУЩЕГО УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ

ACADEMIC ANALYSIS OF THEORETICAL MATERIAL AS A TOOL OF MOULDING RESEARCH COMPETENCE OF PROSPECTIVE PHYSICS TEACHERS

В. А. Белянин

Учебное исследование теоретического материала курса физики рассматривается на основе методологии научного исследования. Предметную исследовательскую компетенцию будущего учителя физики предлагается формировать через специальное выделение в теоретическом материале физических ситуаций, обнаружение зависимостей физических величин и их исследование.

V. A. Belyanin

The article dwells on the analysis of the theoretical material included in a physics course within the framework of the methodology of scientific research. It is suggested that research competence of a prospective physics teacher should be moulded by way of examining physical situations in the theoretical material, determining and analyzing dependent variables therein.

Ключевые слова: будущий учитель физики, исследовательская компетенция, учебное исследование теоретического материала, методология научного исследования.

Keywords: prospective physics teacher, research competence, educational research, research methodology.

Термин «исследовательское обучение», в отличие от реального использования исследовательских методов обучения в образовательной практике, которые имеют почти вековую историю, был введен в психолого-педагогические науки со второй половины XX в. специалистами сравнительной педагогики, в работах которых отмечалось инновационное направление развития европейской и американской школы - исследовательское обучение [1, 2]. К настоящему времени термин «ис-

следовательское обучение» считается отечественными исследователями общепринятым, несмотря на различные подходы авторов к его толкованию [3-7].

В наиболее общем виде исследовательское обучение как «обучение, в котором учащийся ставится в ситуацию, когда он сам овладевает понятиями и подходом в решении проблем в процессе познания, в большей или меньшей степени организованного (направляемого) учителем» определяет М. В. Кларин [1, с. 84]. Следует заметить, что

Ф

это определение не делает различия между понятиями исследовательского и проблемного обучения.

А. М. Новиков и Д. А. Новиков [5] эти определения разделяют. Они относят проблемное обучение к методической системе обучения, для которой характерно то, что знания и способы деятельности не переносятся в готовом виде, не предлагаются правила или инструкции, следуя которым можно было бы гарантированно выполнить задание. Материал не дается, а задается как предмет поиска. И весь смысл обучения заключается в стимулировании поисковой деятельности школьника или студента. Исследовательское обучение рассматривается как один из методов проблемного обучения наряду с проблемным изложением и частично-поисковым (эвристическим) методом проблемного обучения: «Исследовательский метод проблемного обучения требует наиболее полной самостоятельности обучающихся. Его качественная особенность -в постепенном переходе от имитации научного поиска к действительно научному или научно практическому поиску» [5, с. 513].

Современная отечественная педагогика исследовательское обучение признает и говорит об исследовательском принципе (в обучении), предполагающем такую организацию учебного процесса, при которой учащиеся знакомятся с основными методами исследования, применяемыми в изучаемых ими науках, усваивают доступные им элементы исследовательской методики и овладевают умением самостоятельно добывать новые знания путем исследования явлений природы и общества [6].

Большие надежды на исследовательское обучение возлагаются при реализации планов перехода средней школы к профильному обучению. Исследовательскую практику школьников в профильном обучении С. Н. Чистякова рассматривает через исследовательскую деятельность старшеклассников, связывая ее «с выполнением ими реального интеллектуального (материального) продукта, который должен быть востребован практикой, а также обеспечивать формирование способности самореализации, самоактуализации в будущей профессиональной деятельности и успешному самоопределению в ней» [7, с. 4]. В этом определении учебные исследования связаны с результатами проектной деятельности и элементами профессионального научного исследования, что на сегодняшний день в условиях массовой, даже профильной школы реализовать будет достаточно проблематично.

Большинство ученых и практикующих педагогов придерживаются мнения, что «...главная цель учебного исследования с функциональной точки зрения принципиально отличается от таковой в сфере науки. Если в сфере науки главной целью является производство новых знаний в общекультурном значении, то в образовании цель исследовательской деятельности полагается в приобретении учащимся функционального навыка исследования как универсального способа освоения действительности через повышение мотивации к учебной деятельности и активизации личностной позиции учащегося в образовательном процессе, основой которых является приобрете-

ние субъективно новых знаний (то есть самостоятельно получаемых знаний, являющихся новыми и личностно значимыми для конкретного учащегося)» [3, с. 30].

Таким образом, для характеристики исследовательского обучения разными авторами используются различные термины и понятия: исследовательский подход, исследовательский принцип, исследовательская деятельность, учебное исследование и т. п., которые во многих случаях применяются как синонимы. Однозначно всеми принимается тот факт, что исследовательская деятельность школьников или студентов имеет поисковый характер выполняемой работы, предполагающей самостоятельное решение проблемы, пусть и несложной.

Наш подход к рассматриваемым вопросам состоит в том, что «исследовательское обучение будущего учителя физики» является общим системным понятием, а учебное исследование, предлагаемое студенту для выполнения или принимаемое к исследованию им самостоятельно, есть структурный элемент этой системы обучения. Понимание учебного исследования будущего учителя физики мы предлагаем строить не только на основе получаемых студентом субъективных или объективных знаний, а дополнительно учитывать принадлежность объекта исследования. Физическое исследование будет учебным, если исследуется учебный материал курса физики, и научным -если физический объект исследования не имеет прямого отношения к учебному материалу курса физики. Для участников исследования, как студентов, так и преподавателей, результат такого исследования должен быть объективно новым, в противном случае будет выполняться не исследование, а его имитация, что существенно снижает эффективность исследовательского подхода к обучению. Для учебной деятельности, в результате которой студенты получают субъективно новые результаты и знания, например уже заранее известные преподавателю, в большей степени может подходить термин «изучение».

Под учебно-исследовательской деятельностью будем понимать выполнение студентами под руководством преподавателя исследований по физике в процессе изучения данной дисциплины: обнаружение и творческое решение учебно-исследовательских задач, процесс и результат решения которых заранее неизвестен и поэтому поиск решения и его осуществление должны выполняться для каждой поставленной задачи в соответствии с методологией научного исследования.

В области эксперимента такое понимание учебного исследования соответствует определению учебного и научного познания в трактовке В. Г. Разумовского и В. В. Май-ера [8], согласно которому объект и предмет исследовательской деятельности учащихся и учителя обеспечивают соответствующие исследования необходимости, возможности и целесообразности включения новых разделов физики как науки в учебный курс физики.

Учебное исследование мы рассматриваем в более широком плане, так как учебное исследование может быть и экспериментальным, и теоретическим, может осуществляться на всех видах учебных занятий: лекционных,

практических, лабораторных, а также в процессе самостоятельной работы студентов. Учебное исследование в такой трактовке охватывает все виды учебной деятельности студента и может, с нашей точки зрения, формировать предметную исследовательскую компетенцию будущего учителя, если будет планироваться и выполняться в соответствии с методологией научного исследования.

Под предметной исследовательской компетенцией, которая должна быть сформирована у будущего учителя физики в процессе учебно-исследовательской деятельности, следует понимать отчужденные, заранее заданные социальные требования (нормы) к профессиональной подготовке обучающегося, необходимые для его эффективной продуктивной исследовательской деятельности в области физики, заключающиеся в способности обнаружить физическую проблему, осознать необходимость ее решения и выполнить операции по ее разрешению в соответствии с фазами, стадиями и этапами методологии научного исследования.

Предметной исследовательской компетентностью будущего учителя физики будет совокупность личностных качеств обучаемого (ценностно-смысловых ориентаций, знаний, умений, навыков, способностей), обусловленных усвоением ориентировочной основы и опыта исследовательской деятельности по методологии научного исследования в процессе изучения физики.

Учебное исследование теоретического материала включает в себя самостоятельную поисковую деятельность студента по выявлению физической ситуации в лекционном материале курса физики, установлению ее структурных элементов в виде объектов, явлений, законов, моделей, физических величин и их характеристик, нахождение функциональных зависимостей физических величин в данной ситуации друг от друга, исследование данных зависимостей за счет некоторого теоретического воздействия на объект физической ситуации, что в целом дает возможность считать учебное исследование теоретическим исследованием, которое соответствует конкретно-научной и общенаучной методологии.

Физическую ситуацию для конкретного случая субъективно выделяет сам исследователь (студент под руководством преподавателя), рассматривая ее как пространственно-временную область существования физического объекта или проявления физического явления. Например, физическая ситуация прохождения светового луча через границу раздела двух сред включает в себя две оптические среды, модель светового луча, явление преломления, закон преломления, углы падения и преломления и т. п.

Содержание и временные рамки процесса проведения научного исследования, выполняемого по полному методологическому циклу, с определенной долей условности разбиваются на три фазы: фазу проектирования, технологическую фазу и рефлексивную фазу [5].

Фаза проектирования исследования включает в себя четыре стадии: концептуальную стадию, стадию построения гипотезы, стадию конструирования исследования и стадию технологической подготовки. В свою очередь кон-

1

цептуальная стадия имеет четыре этапа: выявление противоречия, формулирование проблемы, определение цели исследования и формирование критериев.

Технологическая фаза состоит из двух стадий: стадии проведения исследования и стадии оформления результатов. Стадия проведения исследования может быть поделена на два этапа: теоретический этап и (или) эмпирический этап. В данной работе мы ведем разговор только о теоретическом исследовании.

Завершает временную структуру исследования традиционная рефлексивная фаза, фаза оценки и самооценки результатов исследования [5, с. 136].

Перечисленные фазы, стадии и этапы научного исследования мы переносим на учебное исследование теоретического материала, что позволило нам сформулировать (раскрыть) содержание и структуру предметной исследовательской компетенции, которую можно сформировать у будущего учителя как результат самостоятельно выполненного им теоретического исследования учебного материала вузовского курса физики на лекционных занятиях и в процессе самостоятельной работы:

1. Способность выявить в учебном материале курса физики физическую ситуацию для исследования. Обнаружить для нее противоречие в виде невозможности охарактеризовать ее основные физические свойства по учебным пособиям.

2. Быть способным для выделенной физической ситуации как объекта исследования и физических явлений, моделей, законов, составляющих ее элементов как предмета исследования сформулировать проблему: как с помощью теоретического исследования раскрыть содержание и свойства физической ситуации.

3. Уметь определять в качестве цели исследования раскрытие сущности физической ситуации на уровне физических объектов, явлений, моделей и законов с помощью теоретического исследования.

4. Формировать критерии теоретического исследования выделенной в учебном материале физической ситуации.

5. На стадии построения гипотезы видеть, что раскрыть сущность физической ситуации можно за счет теоретического исследования взаимодействия ее объекта с иными объектами физической системы или изменения их состояния.

6. На стадии конструирования исследования быть способным сформулировать задачи теоретического исследования выделенной физической ситуации.

7. Быть способным на стадии технологической подготовки исследования изучить и проанализировать теоретический материал по тематике выделенной физической ситуации.

8. Быть способным на стадии проведения исследования выполнить в полном объеме необходимое теоретическое исследование и проанализировать полученные результаты исследования.

9. Быть способным на стадии оформления и использования результатов исследования к апробации резуль-

1

татов исследования в студенческих микрогруппах, на групповых семинарах, к экспертной оценке результатов преподавателем. Быть готовым к использованию результатов исследования при написании рукописей курсовых и выпускных квалификационных работ. Быть способным использовать полученные результаты на занятиях по физике в вузе и во время педагогической практики на уроках физики в школе.

10. Осуществлять критический анализ результатов, полученных в исследовании. Осуществлять рефлексию как способ осознания своей собственной деятельности, ее целей, содержания, форм, способов, средств: самооценка собственной деятельности по выделению физической ситуации и ее исследования. Осуществлять научную рефлексию как способ построения новых систем знаний: обнаруживать, выделять и принимать к исследованию новые физические ситуации.

В качестве конкретного примера приведем формулировки нескольких задач для теоретического исследования, которые использовались нами для формирования предметной исследовательской компетенции будущего учителя при выполнении им учебного исследования теоретического материала вузовского курса оптики:

1. Исследуйте явление прохождения светового луча через плоскопараллельную пластинку. Найдите зависимость бокового смещения падающего луча от угла падения. Рассмотрите случаи различного соотношения показателей преломления плоскопараллельной пластинки и среды. Рассмотрите случаи падения на пластинку широкого пучка параллельных лучей и освещения пластинки рассеянным светом.

2. Исследуйте, как будут изменяться параметры изображения, создаваемого собирающей линзой, если предмет постепенно удалять от нее в бесконечность?

3. Рассмотрите и рассчитайте двухлучевую интерференционную схему «билинза Бийе». От каких параметров схемы и как будет зависеть ширина полученной интерференционной полосы и ее вид?

4. Выполните исследование изменения интерференционной картины колец Ньютона в отраженном и проходящем свете при медленном удалении линзы от пластинки. Рассмотрите случаи различной оптической плотности среды между линзой и пластинкой.

5. Опишите на основе методологии научного исследования работы А. Г. Столетова по изучению внешнего фотоэффекта и выполните для фотоэффекта теоретиче-

ское исследование зависимости скорости вырванных фотоэлектронов от частоты падающего света.

Подобные учебные проблемы, решение которых не рассматривается в учебниках и учебных пособиях, можно обнаружить во всех разделах и темах курса физики, и их достаточно просто может сформулировать любой преподаватель при наличии соответствующей целевой установки. На первом этапе студенты выполняют под контролем преподавателя или в группах исследование готовых предложенных им заданий. По мере накопления опыта студенты сами активно включаются в нахождение, выделение и подбор необходимых для исследования физических ситуаций, которые принимают к исследованию и выполняют его, следуя логике и этапам методологии научного исследования, что можно считать одним из критериев сформированности у них исследовательской компетенции.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кларин М. В. Инновационные модели обучения в зарубежных педагогических поисках. - М.: Арена, 1994. - 222 с.

2. Савенков А. И. Психологические основы исследовательского подхода к обучению: Учеб. пособие. - М.: Ось-89, 2006. - 480 с.

3. Алексеев Н. Г. , Леонтович А. В. , Обухов А. В. , Фомина Л. Ф. Концепция развития исследовательской деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. - 2002. - № 1. - С. 24-34.

4. Поддьяков А. Н. Исследовательское поведение. Стратегии познания, помощь, противодействие, конфликт. - М.: Эребус, 2006. - 264 с.

5. Новиков А. М., Новиков Д. А. Методология. - М.: ИНЕРГ, 2007. - 668 с.

6. Современный словарь по педагогике / Сост. Е. С. Рапацевич. - Минск: Современное слово, 2001. - 928 с.

7. Чистякова С. Н., Лернер П. С., Титов Е. В. и др. Исследовательская практика школьников в профильном обучении: Книга для учителя / Под ред. С. Н. Чистяковой. - М., 2006. - 145 с.

8. Разумовский В. Г., Майер В. В. Физика в школе. Научный метод познания и обучение. - М.: ВЛА-ДОС, 2004. - 463 с.