Наглядные средства управления интеллектуальным развитием студентов педагогических специальностей при обучении физике

УДК 378.096

НАГЛЯДНЫЕ СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ РАЗВИТИЕМ СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ

VISUAL MEANS OF CONTROLLING INTELLECTUAL DEVELOPMENT OF STUDENTS MAJORING IN TEACHING PHYSICS

© 2015

Е.А. Самойлов

Поволжская государственная социально-гуманитарная академия

Ye.A. Samoilov Samara State Academy of Social Sciences and Humanities,

В статье описывается авторский комплекс наглядных дидактических средств, используемых для обогащения умственного опыта студентов, будущих учителей физики, и их подготовки к управлению интеллектуальным развитием школьников при обучении физике.

The article presents the author's bank of visual teaching tools used to enrich the intellectual experience of students, future teachers of physics, and train them for controlling intellectual development of students when teaching physics at school.

Ключевые слова: управление интеллектуальным развитием обучаемых, комплекс наглядных дидактических средств.

Keywords: controlling intellectual development of students, visual teaching tools.

В одной из предыдущих работ автора представлена концепция и система управления интеллектуальным развитием обучаемых (УИРО) при усвоении содержания школьного курса физики в соответствии с требованиями информационного общества [3]. Практическая реализация процесса УИРО требует соответствующей подготовки студентов - будущих учителей физики. Одним из аспектов такой подготовки является знание современных моделей индивидуального интеллекта и подходов к его развитию [1; 5; 6], особенностей комплексов дидактических средств по физике [например, 2; 4], построенных в соответствии с этими моделями и идеями, и накопление (обогащение) личного ментального опыта в ходе образовательной деятельности с использованием названных дидактических комплексов. Рассмотрим совокупность наглядных средств, подготовленных и реализуемых нами в процессе интеллектуального развития студентов, будущих учителей физики, для формирования их готовности осуществлять УИРО.

Разработанный нами комплекс предлагается студентам физического отделения в рамках изучения ими дисци-

плины «Теория и методика обучения физике» для достижения следующих целей.

1. Системное обогащение когнитивного, метакогнитивного и интенцио-нального опыта студентов при выполнении учебных заданий по физике, предназначенных учащимся классов физико-математического профиля.

2. Знание методических основ подготовки наглядных дидактических средств по физике в соответствии со структурной моделью индивидуального интеллекта М.А. Холодной [5].

3. Готовность самостоятельно конструировать подобные дидактические комплексы и управлять интеллектуальным развитием школьников.

Авторский комплекс наглядных средств создан на основе программы Microsoft Office PowerPoint. Он содержит 107 слайдов общим объемом 593 МБ, предназначенных для систематизации и обобщения ключевых элементов физического знания с учетом дидактических принципов фундаментальности, деятельности, открытости, свободы выбора и обратной связи. Основными характеристиками комплекса наглядных средств являются:

• нацеленность на эффективное регулирование интеллектуального развития обучаемых с различными задатками, мотивацией, физиологическими и психическими особенностями;

• направленность на формирование методологических знаний и теоретического мышления обучаемых;

• нацеленность на деятельностное усвоение субъектами физических понятий, на поэлементное формирование умственных действий.

В структуре наглядных средств УИ-РО велика роль цифровых опорных конспектов. Конспект проецируется на экран в финале лекции, за 10-15 мин до звонка, во время повторного быстрого сжатого изложения фрагмента физического знания. В связи с этим качественная подготовка обучаемыми домашнего задания предполагает соотнесение текста учебника с лекцией обучающего и с содержанием опорного конспекта. Благодаря возможностям программы MO PowerPoint, наиболее

сложные абстрактные физические понятия удается проиллюстрировать в конспектах посредством фотографий и рисунков явлений, объектов, технических устройств. Важной особенностью является то, что конспект последовательно выстраивается на глазах обучаемого, логика познания становится явной. Выводы фундаментальных теоретических обобщений осуществляются последовательно с применением структурно-логических схем, что облегчает их понимание.

В плане управления интеллектуальным развитием помимо известных достоинств важными плюсами опорных конспектов являются дозированное варьирование способов кодирования информации, организация пиковых переживаний обучаемых, соответствие структуры конспекта разным видам физических знаний.

Например, при введении новых понятий учебная информация часто систематизируется в соответствии с обобщенными планами (рис. 1).

СИСТЕМА ОТСЧЕТА

Включает 1) тело отсчета;

2) систему координат; Система координат: - одномерная;

- двумерная;

(2 ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ

№

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

Направленный отрезок, соединяющий начальное положение материальной точки

с ее конечным положением

Обозначение:

S

[ s ] = м

Проекция перемещения на координатную ось - скаляр.

У У2 s

'у

У1

0

к В

Ш-

у;

Г :

Sx - X2 - X1 Sy - У2 - yi

Xi

Sx

Х2 х

ТРАЕКТОРИЯ

• Линия, вдоль которой движется материальная точка.

• Способы описания движения:

^ табличный;

^ графический; 1. Аналитический

К

ПУТЬ

Путь - это длина траектории. Обозначе ние: 1_ Единица измерения: [ 1_ ] = м Прибор д ля измерения - линейка.

Рис. 1. Систематизация учебной информации в соответствии с обобщенными планами

0

х

Ряд тем курса физики (например, «Самоиндукция») удается изложить с иллюстрацией логики процесса познания: от анализа фактов - к анализу сущности пер-

(2 САМОИНДУКЦИЯ

Опорный конспект может соответствовать структуре физических теорий (классической механики, термодинамики и др.; рис. 3).

При изучении ряда вопросов, например, строения атома, целесообразно систе-

вого порядка - к пониманию сущности второго порядка - к практическому применению знания (рис. 2).

- частный случай

матизировать материал в соответствии с методами познания (экспериментальным, теоретическим), рассмотреть приемы продуктивной деятельности, используемые учеными в ходе решения физических проблем (рис. 4).

ФАКТЫ

ЗАКОН САМОИНДУКЦИИ

I * А

Г

мс

Если сила тока в цепи изменяется, то в ней возникает ЭДС индукции.

Ф = _ I

I_ - индуктивность

£¡8 =

ЛФ Л1

Л(_-0 Л1

[ _ ] = 1 Гн = 1

В-с

А

Индуктивность зависит от характеристик проводника

длины, формы,

магнитных свойств.

ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ

Тран сформатор.

Расчет цепей пере-менн ого тока.

Откл ючение мощных электродвигателей чере з реостаты.

АНАЛОГИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ МЕХАНИКА

Самоиндукция Инертность

Индуктивность, _ Масса, т

Сила тока, I Скорость, и

Энергия магнитного поля Мм _ _'' 2 Кинетическая энергия Мк _ т'и2 2

Рис. 2. Иллюстрация в опорном конспекте процесса освоения темы «Самоиндукция»

0

@ СТРОЕНИЕ АТОМА

МОДЕЛЬ Дж. ТОМСОНА

Атом подобен кексу. ф Не

+

• Электроны колеблются.

• Атом нейтрален.

т

МОДЕЛЬ Э. РЕЗЕРФОРДА

ЦЕЛЬ: определить строение атома.

ГИПОТЕЗА: положительный заряд равномерно распределен по всему объему атома. МЕТОД: Облучение золотой фольги а-частицами.

СРЕДСТВА: \ Экран Иди = 0,001 мм

иа = с/15

а та = 8000 те

РЕЗУЛЬТАТ 1. Большинство частиц - прямо.

2. Часть отклоняется.

3. Некоторые - назад.

ВЫВОД

атом подобен Солнечной системе

1-13

10 -

см I

3 см

тя » т,

Атом - неделимый

ТЕОРИЯ АТОМА ВОДОРОДА (Н. Основания

опыты Резерфорда:

планетарная модель атома;

Понятия: стационарные состояния атома,

Метод: сочетание законов классической (физики

Ядро

Два постулата Н. Бора и правило квантования

Основное уравнение

И-Укп = Ек - Еп

Энергия испущенного (поглощенного) фотона

Следствия

Объяснение линейчатых спектров водорода Е '

Е > 0

а

ия раме рм дГ £ О § из

Укп = К

R - постоянная

Предсказание новых линий в спектре гелия

Рис. 4. Иллюстрация в опорном конспекте структуры физической теории

Фотографии реальных объектов, явлений, ученых используются для мотивирования школьников и чувственного кодирования информации. Рисунки, графики, структурно-логические схемы нужны для образной кодировки. Выделение элементов знания осуществляется при помощи цвета, шрифта, рамок. Логику изложения учителя школьник может многократно воспроизвести дома. Эстетическое оформление, четкое структурирование, ясность, интересные примеры призваны стимулировать пиковые переживания школьников - состояния увлечения, восхищения, изумления. Высшие позитивные переживания объединяют учеников, несмотря на их различия в мотивационной и интеллектуальной сфе-

Инструментарий для конст]

рах, побуждают к интеллектуальному росту соответственно индивидуальным возможностям.

Для эффективного обогащения умственного опыта большое значение имеют созданные в ходе исследования комплексы учебных физических заданий, отвечающие требованиям целевой ориентации, целевой достаточности, возрастания трудности, связности, мотивационной направленности. Классификация задач по элементному составу учебного содержания позволяет ранжировать их по уровню трудности с присвоением соответствующего количества условных баллов (табл. 1).

Таблица 1

¡ания задачных комплексов

Требования к комплексу задач Целевая ориентация

Целевая достаточность

Возрастание трудности

Связность

Мотивационная направленность

Типология задач (по элементному составу учебного содержания) Тренировочные

Типовые

Поисковые

Ценностно-направленные

Характеристики учебной физической задачи Сложность

Проблемность

Трудность

Рис. 5. Характеристики физической задачи

Трудность рассматривается как интегральная количественная характеристика физической задачи, обусловленная ее сложностью и проблемностью (рис. 5). Комплексы задач необходимы для становления понятийных психических структур, которые являются системообразующим элементом интеллекта. Интериоризация понятия происходит в пять этапов, каждому из которых соответствуют определенные типы задач (рис. 6). В практике работы

Этапы интериоризации понятия

школы часто игнорируются 1, 3 и 5 этапы, что нередко приводит к формальному усвоению понятий и низкому качеству понятийных психических структур. Разработанные в ходе исследования комплексы заданий (цифровые, поисковые, экспериментальные, ситуативные) соответствуют сформулированным выше требованиям и полностью охватывают все стадии интери-оризации понятий.

Типология заданий

Мотивирование

Категоризация

Обогащение

Перенос

Свертывание

Проблемные: экспериментальные, вычислительные, качествен-

• информация на цифровых, прозрачных или бумажных носителях,

Абстрактные, ситуативные с использованием эксперимента, рисунков, графиков, знаков

1) на применение нового понятия,

На использование связей нового понятия с ранее введенными понятиями:

1) абстрактные (таблицы, графики, знаки),

• на составлен ие обобщающей схемы,

• на установление соответствия,

• творческие типа «Придумай рекламу для...»

Рис. 6. Типология заданий для становления психических понятийных структур

(V) СКОРОСТИ МОЛЕКУЛ

Заполни клетки и прокомментируй

2 — и2 2 и"2 = 3кТ- — 13РТ и =

По таблице найди наиболее вероятную скорость молекул. Соотнеси ее с графиком

Интервал Ли, м/с 0-100 100-200 200-300 300-400 40 -500 500-600 600-700 700-800

Доля молекул, % 1,4 5,1 16,5 22,4 21,6 16,1 9,2 4,8

Вырази формулой

Давление выросло Температура Объем Число атомов

на 20 Па неизменна уменьшился вдвое возросло на 120%

Рис. 7. Цифровой комплекс заданий с разнообразным кодированием информации

Цифровые комплексы заданий предлагается использовать в сочетании с опорными конспектами. Каждое задание обычно содержит четыре задачи. Первое задание комплекса - на категоризацию знания, а другие - последовательно на обогащение, перенос и свертывание знания. При этом варьируются способы кодирования информации (рис. 7).

В дополнение к цифровым заданиям соз аны новые разноуровне ые текстовые задачи поискового характера, которые охватывают ключевые знания и умения в рамках темы, восемь приемов продуктивной деятельности (ППД) и используются для становления понятийных психических структур на этапе переноса (табл. 2).

Таблица 2

Комплекс поисковых текстовых задач

ППД Задача

1 Приведите несколько аргументов за и против использования гидроэлектростанций (ГЭС) для выработки электроэнергии

2 А Сирано де Бержерак предложил такой способ движения во Вселенной: «Лечь на железный лист и сильными рывками / Магнит подбрасывать, он лист железный с вами / Подтянет кверху. Вы опять / Так до Луны и упражняйтесь». Возможно ли такое? Объясните

Б Какую работу совершает Маша, поднимая вертикально чайник с водой весом 20 Н ??? на высоту 50 см с силой 40 Н?

В Под каким углом разлетятся два бильярдных шара после нецентрального удара, если один из них до удара покоился?

А Если эластичный шарик массой 50 г уронить без начальной скорости на горизонтальную поверхность, то после удара он поднимется на некоторую высоту. Используя только линейку, оцените, какая часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию

3 Б Грузчик закатывает тяжелую бочку в кузов грузовика по двум доскам. Как определить КПД этой наклонной плоскости и выигрыш в силе, используя строительную рулетку? Считать, что сила трения качения составляет одну десятую долю от веса бочки

В Как измерить массу предмета, располагая неравноплечими весами и гирями известной массы?

Ситуативные задания обеспечивают обогащение опыта учащихся в применении физических знаний в жизни, способствуют формированию коммуникативных умений.

Пример ситуативного задания « Упражнения на перекладине»

В СССР был разработан спортивный комплекс «Готов к труду и обороне»

(ГТО). Согласно нормативам, на серебряный значок юношам в возрасте 14-15 лет нужно было подтянуться на перекладине 6 раз, а на золотой значок - 8 раз.

На рис. 8 показаны результаты школьных соревнований пятнадцатилетних подростков, где N - число подтягиваний, п - количество подростков.

N

20 16 12 8 4

3 20 23 10 4 3 2 2 1 1 1 п

Рис. 8. Результаты соревнований на перекладине

Рис. 9. Упражнение «Подъем переворотом»

Вопрос 1

Сколько подростков выполнили норматив на золотой значок?

Вопрос 2

На рис. 9 показано поэтапное выполнение упражнения «подъем переворотом». Проанализируйте рисунок и объясните с энергетической точки зрения, почему у любого атлета лучший результат безостановочного выполнения этого упражнения всегда меньше его лучшего результата в подтягивании на перекладине.

Вопрос 3

Оцените механическую мощность победителя соревнований. Приведите решение.

Задачи с демонстрационного стола, в основе которых лежат новые и модернизированные простые опыты, позволяют осуществить чувственно-действенное кодирование информации. Они ценны в плане организации конструктивного группового взаимодействия школьников, стимулирования пиковых переживаний, развития лидерства, коммуникации и новаторства.

Пример задач с демонстрационного стола

1. Неваляшка

Демонстрируем игрушку-неваляшку. Каково может быть ее внутреннее устройство?

2. Банки

Две одинаковые банки с солью и водой одновременно пускаем без начальной скорости по наклонной плоскости с равной высоты, и наполненная водой банка первой достигает нижней части доски. Почему?

3. Двойной конус

Фигуру из двух бумажных конусов, склеенных основаниями, располагаем на незначительно расходящихся наклонных стержнях. Фигура самопроизвольно поднимается вверх по стержням. Почему?

Апробация авторского комплекса наглядных дидактических средств осуществляется в ПГСГА с 2007 г. Поисковый педагогический эксперимент показывает рост познавательной мотивации, уровня обученности и интеллектуального развития студентов, будущих учителей физики.

Литература

1. Богоявленская Д.Б. Творчество и нравственность [Электронный ресурс] Режим доступа. - http://www.samara.orthodoxy.ru/Hristian/Bogoyavl.html (дата обращения 16.04.2011).

2. Самойлов Е.А. Классическая механика в классах с углубленным изучением физики : уч.-мет. пос. Самара: ПГСГА, 2011.

3. Самойлов Е.А. Управление интеллектуальным развитием учащихся физико-математических классов при обучении физике : Дис. д.-ра пед. наук. М.: МПГУ, 2013.

4. Учебно-поисковые комплексы по физике : задачник / Авт.-сост. Е.А. Самойлов. Самара: СГПУ, 2007.

5. Холодная М.А. Психология интеллекта : парадоксы исследования. Томск : Изд.-во Томского ун.-та ; М. : Барс, 1997.

6. Guilford J.P. The nature of human intelligence. New York : McGraw-Hill. 1967.