Формирование основ познавательной компетенции обучающихся при работе с физическими понятиями

«Формирование основ познавательной компетенции обучающихся

при работе с физическими понятиями»

В современных стандартах школьного образования говорится о «формирование у школьников общеучебных умений и навыков, универсальных способов деятельности и ключевых компетенций». Все эти качества можно успешно формировать в школе, используя компетентностный подход в обучении любому предмету, в том числе и физике, что является одним из личностных и социальных смыслов образования. В настоящее время переосмысливаются подходы к формам изучения результативности обучения и критериям оценивания. Одна из тенденций этого направления – комплексные работы, позволяющие на материале одной работы оценить не только уровень знаний, умений и навыков по разным предметам, но и уровень сформированности компетенции учащегося.

Современное образование выходит на более высокий технологический уровень. Эти изменения связаны с введением в образовательную систему новых стандартов, программ и вместе с тем – требований к подготовке выпускников. Компетенция проявляется в новой деятельности, при переносе знаний в новую ситуацию, в нестандартной ситуации. Значит, если целью образования является компетенция, то универсальными способами деятельности будут компетентности, т.е. овладение человеком соответствующей компетенцией, включающей его личностное отношение к ней и предмету деятельности. Поэтому образовательная деятельность должна быть построена как система неких учебных ситуаций, заданий, направленных на реализацию определенных видов учебной деятельности, таких, как: готовность осваивать новые технологии, адаптироваться к иным условиям труда. Путем создания специальных заданий, в которых наиболее полно возможно использовать потенциал учащихся, и наряду с этим – формирование УУД, отношения и приобретения опыта. А значит, первая задача учителя – включение специально организованной деятельности учащихся в образовательный процесс на основе использования компетентностно-ориентированных заданий. Как раз формирование ключевых компетенций у учащихся предполагает использование компетентностно-ориентированных заданий в системе. Важнейшим видом учебной деятельности при обучении школьников является разрешение проблемных ситуаций, решение задач. Поэтому целесообразно формировать ключевые компетентности через специальные компетентностно-ориентированные задания.

Под ключевыми компетенциями применительно к школьному образованию понимается совокупность личных качеств учащихся, которые могут обеспечить самостоятельность в действиях при ситуациях неопределённости, решая актуальные для них проблемы. Эта способность может быть реализована и за рамками школьного образования. На данном этапе развития образовательной системы дано несколько различных точек зрения на состав ключевых компетенций, однако, общепринятым является совокупность компетенций, предложенная Хуторским. Перечень ключевых компетенций, который приведённый ниже, основывается на главных целях общего образования, структурном представлении социального опыта и опыта личности, а также основных видах деятельности ученика, позволяющих ему овладевать социальным опытом, получать навыки жизни и практической деятельности в современном обществе:

• Ценностно-смысловые компетенции. 

• Общекультурные компетенции. 

• Учебно-познавательные компетенции. 

• Информационные компетенции. 

• Коммуникативные компетенции. 

• Социально-трудовые компетенции. 

• Компетенции личностного самосовершенствования 

Рассмотрим более подробно учебно-познавательные компетенции и информационные. Данный тип компетенций нашёл отражение в стандартах второго поколения. Так, например, в состав федерального государственного стандарта общего образования входит следующее содержание: «В основе Стандарта входит системно-деятельностный подход, который должен обеспечить: формирование готовности к саморазвитию и непрерывному образованию; проектирование и конструирование развивающей образовательной среды для обучающихся; активную учебно-познавательную деятельность обучающихся», что и подразумевает учебно-познавательная компетенция, но этим ограничиваться не стоит, так как эта компетенция предполагает в том числе и способы организации целеполагания, анализа, рефлексии, самооценки, а так же навыки действий в нестандартных ситуациях, умение отличать факты от домыслов, владение измерительными навыками, использование вероятностных, статистических и иных методов познания. Следует отметить, что компетентностный поход ни в коем случае не исключает системно-деятельностный, личностный и другие походы. Они входят в состав компетентностного похода, и ни в коем случае не исключают друг друга, а наоборот дополняют.

Приоритетное место среди ключевых компетенций, предоставлено в сфере самостоятельной познавательной деятельности, основанной на усвоении способов приобретения знаний из различных источников информации. Личностно-осмысленный опыт успешного осуществления учебно-познавательной деятельности можно определить как, один из элементов учебно-познавательной компетентности учащегося.

Обеспечить качественное усвоение стандарта образования, и вместе с тем учебно-познавательной и информационной компетенции возможно только через специально организованную работу учащихся.

При рассмотрении курса физики основной школы, возможно рассмотрение следующих способов формирования учебно-познавательной компетенции:

1. Обучение физическим приёмам мышления, способам и методам постижения истины в ходе экспериментальной деятельности. 

Ученикам даётся возможность самостоятельно делать выводы при проведении опытов. Получая задания, они проверяют гипотезу, выдвинутую в начале урока. Например:

• все вещества состоят из частиц;

• в жидкости и газе существует выталкивающая сила;

• кристаллическое тело имеет постоянную температуру плавления;

• ускорение тела зависит от его массы и величины силы, приложенной к нему.

В этом случае идёт отработка умений ставить физический опыт, проводить наблюдение, анализировать, делать публичное сообщение о проделанной работе. Общение в группах позволяет развивать необходимые качества личности.

2. Составление кроссвордов, сообщений, сочинений к изученной теме. Данная форма обучения предполагает нестандартное использование полученных знаний, позволяет ученикам проявить свои творческие способности.

3. Создание электронных презентаций. Формирование умения использовать информационные технологии в процессе обучения.

4. Вывод учащихся на новое понятие. 

Данная форма обучения представляет некое подобие мозгового штурма. Ученики получают задание практического характера. Например, учащимся 8 класса можно предложить перечислить материалы, используемые при строительстве дома перед началом изучения понятия теплопроводность. Такой подход к изучению физики делает её наиболее приближенной к реальной жизни.

Если рассматривать курс физики старшей школы, то здесь можно ещё добавить некоторые виды деятельности, направленные на формирование компетенции:

1. Работа на второй ступени изучения школьного курса физики строится на использовании базовых знаний, полученных в основной школе при максимальной самостоятельности учащихся. Основной формой организации занятий является групповая работа, в ходе которой каждая группа движется в своем направлении согласно заданной теме. Такой подход даёт возможность активизировать интерес учащихся к предмету, рассмотреть роль физики в построении картины мира и в развитии технической цивилизации. 

Направления работы групп:

• история становления представлений по данной проблеме, поиск и систематизация информации;

• экспериментальное исследование проблемы;

• решение задач, моделирование процессов;

• объяснение природных явлений, исследование применения физических принципов для создания технических устройств.

2. При такой организации занятий, контролем деятельности являются:

• результаты перекрёстных дискуссий

• отчёт группы в ходе итогового занятия

• тестовая работа по теме

• оценка работы каждого члена группы её руководителем

• лучшие в номинациях: «За лучшую находку в Интернете о физическом понятии», «За лучшее исследование», «За лучшую презентацию физического понятия» и т.д.

3. Организация перекрёстных дискуссий осуществляется в виде мозгового штурма. Опираясь на материал, собранный группой, учащиеся дают ответы на ряд нестандартных вопросов, выдвигая свои идеи, размышляя над проблемой.

Тест на проверку компетентностей не может считаться верным (валидным), если проверяет не деятельность, а некую информацию (пусть и об этой деятельности). Хотя отдельные аспекты компетентностей возможно и целесообразно проверять с помощью закрытых вопросов, необходимость отслеживания нового результата образования в целом заставляет специалистов обращаться к тестовым заданиям открытого типа, которые названы так потому, что ответ на вопросы этих заданий не может быть спрогнозирован дословно. 

Ведь выполнение заданий открытого типа требует от учащегося совершения определенной деятельности по поиску необходимой информации, разрешению возникшей проблемы или оформлению результатов ее решения. Такое задание всегда требует развернутого ответа.

Приведу примеры компетентностно-ориентированных заданий.

7 класс. Тема "Архимедова сила”

• Составьте список понятий, касающихся выталкивающей силы.

• Покажите связи, которые, на ваш взгляд, существуют между силой -Архимеда, плотностью жидкости, объёмом погружённого тела, весом вытесненной жидкости.

• Сделайте эскиз рисунка , который показывает, что сила Архимеда зависит от плотности жидкости.

• Оцените значимость силы Архимеда для судостроительства.

Шаг 1. Для получения учащимися первоначального представления о физическом понятии на уроках физики используются:

• демонстрации физических явлений, в которых отражено это понятие;

• выполнение фронтальных лабораторных опытов, иллюстрирующих изучаемое понятие;

• рассмотрение примеров из жизни, отражающих смысл изучаемого понятия.

Шаг 2. Определение физического понятия.

В зависимости от особенностей изучаемого понятия учитель дает учащимся его словесное определение (формулировку), рассматривает физический смысл или описывает математическую модель понятия.

Шаг 3. Построение математической конструкции изучаемого понятия предполагает запись математической модели рассматриваемого понятия в символьной форме и изучение единиц измерения понятия.

Шаг 4. Для повышения эффективности формирования физических понятий целесообразно показывать становление понятия, историю его развития и техническое применение.

Шаг 5. Выделяются внутрипредметные и межпредметные связи.

При обучении физике одно и то же понятие изучается в разных разделах. Использование при формировании физических понятий внутрипредметных связей позволяет учителю углублять содержание понятия, опираясь на ранее изученный материал. Применение межпредметных связей способствует внедрению в физику знаний из других наук, что расширяет кругозор учащихся.

Шаг 6. Практическое применение изучаемого понятия позволяет учащимся применить полученные знания об изучаемом понятии на практике: в процессе решения физических задач как качественных, так и количественных, выполнения фронтальных лабораторных работ и опытов, иллюстрирующих физические явления, в которых представлено рассматриваемое понятие.

Шаг 7. Рассматривая физическое понятие, для более полного понимания физической сущности понятия, необходимо определить границы его применимости.

Шаг 8. Методологический анализ содержания физического понятия предполагает выделение его философского, общенаучного и конкретно-научного содержания.

Философское содержание понятия является высшим уровнем абстрагирования и всеобщности.

Общенаучное содержание понятия выражает моменты единства, тождества, связи объективной реальности и процесса ее познания, фиксируя общие, инвариантные их черты, свойства, тенденции для всеобщего круга отраслей научного знания.
Конкретно-научное содержание понятия характеризуется непосредственной генетической и предметно-содержательной связью с данной областью знания. Физическое содержание научных понятий связано с измеримостью характеристик и свойств объектов исследования. Наличие того или иного содержания понятий зависит от их степени общности.

Шаг 9. Овладение понятием связано с активной мыслительной деятельностью учащихся, следовательно, работая с понятиями нужно научить учащихся систематизировать полученные знания. Одним из способов реализации методологического подхода к формированию физических понятий является использование на занятиях систематизирующих таблиц и схем, в которых физическое понятие рассматривается более полно. Систематизация содержания физических понятий осуществляется при проведении физического практикума в старших классах средней школы.

Шаг 10. В процессе формирования физических понятий необходимо обобщать полученные знания. Реализовать обобщение полученных знаний на уроках физики можно, используя обобщающие таблицы и схемы, в которых физические понятия рассматриваются в концепции эволюции физической картины мира. Конечной целью этого шага при формировании физических понятий является раскрытие, систематизация и обобщение закономерностей и свойств изучаемого понятия.

Шаг 11. Рефлексия позволяет помочь учащимся проанализировать все предыдущие действия при формировании физических понятий и осознать результат выполненных действий, определить и сравнить изучаемое понятие с другими, насколько оно трудно в усвоении, какие трудности у них возникли в процессе изучения. Учащимся предлагается ответить на следующие вопросы (эти вопросы предварительно под запись даются учащимся на вводном занятии).

1. Что было выполнено?

2. Как выполнялось?

3. Какие трудности возникли при изучении понятия?

4. Почему?

5. Что удалось лучше всего?

6. Почему именно это удалось лучше?

Для примера рассмотрим использование методологического подхода к формированию понятия "Плотность” в 7-ом классе основной школы.

Шаг 1. При изучении понятия плотности веществ можно начать со следующей вступительной беседы.

Учитель: Одинаково ли погружается тело в воду во время купания в море и в озере?

Ученик: Нет, тело сильнее погружается в озере.

Учитель: Как вы думаете, почему?

Ученик: Потому что в море вода соленая.

Учитель: Да, действительно в соленой воде плавать легче. Как вы думаете, почему?

Ученик: Наверное, какие-то характеристики этих жидкостей различны.

Учитель: Все вещества характеризуются плотностью.

Далее учащимися выполняется фронтальный лабораторный опыт: учащимся раздаются по два цилиндра одинакового объема, но разной массы. Взвесив цилиндры, учащиеся приходят к выводу, что эти два цилиндра изготовлены из разных веществ, следовательно, имеют различную плотность.

Затем проводится демонстрация: демонстрируются два кубика равной массы, но разного объема. Если взять кубики из железа и пробки массой по 1 кг, то объем железного куба равен 0,00013 м3, а пробкового – 0,0042 м3. Следовательно, можно сделать вывод, что плотности этих веществ разные.

Шаг 2. Дается определение плотности: плотность – это физическая величина, численно равная отношению массы тела к его объему.

Физический смысл этого понятия заключается в том, что плотность вещества показывает массу одного м3 данного вещества.

Шаг 3. Математической конструкцией данного понятия является формула для вычисления плотности вещества.

Формула для расчета и единица измерения плотности.

Шаг 4. Учащимся предлагается подготовить рефераты или доклады о техническом применении данного понятия. Например, учащиеся могут раскрыть устройство и принцип действия приборов предназначенных для измерения плотности веществ.

Плотномер - это прибор для непрерывного (или периодического) измерения плотности веществ в процессе их производства или переработки, устанавливается непосредственно в производственных агрегатах или технологических линиях. По принципу действия плотномеры делятся на следующие основные группы: поплавковые, весовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые. Поплавковые плотномеры бывают с плавающим поплавком (представляют собой ареометр постоянной массы) или с погруженным поплавком (ареометр постоянного объёма).

Ареометр - прибор, в виде стеклянного поплавка с делениями и грузом внизу, предназначенный для измерения плотности жидкостей и твердых тел. Принцип действия ареометра основан на законе Архимеда.

Различают:

• ареометры постоянного веса, в которых глубина погружения ареометра обратна плотности жидкости;

• ареометры постоянного объема, в которых плотность определяется по массе гирь, снятых или добавленных для погружения ареометра до метки, указывающей объем вытесненной жидкости.

Шаг 5. Внутрипредметные связи данного понятия:

• понятие плотности связано с понятием массы тела и понятием объема тела;

• понятие плотность используется при изучении тепловых явлений в 8-ом классе, в разделе "Механика” в 7-ом, 9-ом классах, в разделе "Молекулярная физика и термодинамика” в 10-ом классе;

• в 10-ом классе в курсе электродинамики используется понятие плотность тока, плотность заряда.

При изучении этого понятия необходимо реализовать и межпредметные связи. Это связь с естествознанием и природоведением, здесь рассматриваются плотности жидкостей и твердых тел. В химии рассматривается плотность веществ, а в географии – плотность населения.

Шаг 6. Учащиеся решают задачу.

Чтобы получить латунь, сплавили куски меди массой 178 кг и цинка массой 355 кг. Какой плотности была получена латунь?

Решение задачи №1.

Домашний физический эксперимент: каждому ученику предлагается определить среднюю плотность человеческого тела. Свою массу можно определить на весах. Воспользовавшись легендой об Архимеде можно достаточно просто определить объем своего тела (погрузившись полностью в ванну, человек вытеснит по объему воды ровно столько, каков объем его тела). Объем своего тела можно определить следующим образом: надо отметить уровень воды в ванне до и после погружения. Определить объем воды между этими двумя уровнями можно, посчитав, сколько литровых банок воды необходимо вылить в ванну, чтобы вода поднялась от первого уровня до второго. Затем, воспользовавшись формулой для расчета плотности, каждый ученик высчитывает плотность своего тела.

В классе необходимо обсудить результаты домашнего эксперимента и учащиеся должны сделать вывод: средние плотности всех человеческих тел приблизительно одинаковы и немного больше плотности воды.

Шаг 7. Понятие "Плотность” используется для макромира и мегамира.

Шаг 8. Содержание понятия "Плотность”

Шаг 9. Учащиеся работают с таблицами плотностей в учебнике Перышкина А. В. "Физика -7”, стр. 50-51 и им предлагается ответить на следующие вопросы:

1. Что такое плотность?

2. В каких единицах измеряется плотность?

3. Какова плотность меди?

4. Что это означает?

5. Назовите вещество с наименьшей плотностью.

6. Чему она равна?

7. Что это означает?

8. Назовите вещество с наибольшей плотностью.

9. Чему она равна?

10. Что это означает?