НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені М.П.Драгоманова

ВОВК Людмила Іванівна

УДК 371.3:378.14:53

ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДУ АНАЛОГІЇ У НАВЧАННІ ФІЗИКИ СТУДЕНТІВ НЕФІЗИЧНИХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ

ВИЩИХ ЗАКЛАДІВ ОСВІТИ

13.00.02 – теорія і методика навчання фізики

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата педагогічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Полтавському університеті споживчої кооперації України, Міністерство освіти і науки України, Укоопспілка.

Науковий керівник: кандидат педагогічних наук, професор

КОРШАК Євген Васильович,

Національний педагогічний університет імені М.П.Драгоманова, завідувач кафедри методики викладання фізики.

Офіційні опоненти: доктор педагогічних наук, доцент

Сусь Богдан Арсентійович,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри загальної та теоретичної фізики;

кандидат педагогічних наук, старший науковий співробітник

Головко Микола Васильович,

Інститут педагогіки АПН України, старший науковий співробітник лабораторії математичної і фізичної освіти.

Провідна установа: Кам’янець-Подільський державний університет, кафедра методики викладання фізики і дисциплін технологічної освітньої галузі, Міністерство освіти та науки України, м. Кам’янець-Подільськ.

Захист відбудеться “ 26 ” жовтня 2004 р. о 15.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.053.03 у Національному педагогічному університеті імені М.П.Драгоманова, 01601, м. Київ, вул. Пирогова, 9.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова, 01601, м. Київ, вул. Пирогова, 9.

Автореферат розісланий “_24___” вересня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Швець В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження. У Державній національній програмі “Освіта: Україна ХХI століття” перед вищою школою поставлено завдання перенести освіту на рівень досягнень розвинутих країн світу та інтегрувати її у міжнародне науково-освітнє співтовариство. Реформування вищої освіти на основі врахування тенденцій суспільного розвитку є одним з найактуальніших завдань становлення державності України. Основна відмінність професійної освіти від загальної полягає в тому, що при плануванні навчального процесу у професійному освітньому закладі поряд із загальноосвітніми та розвиваючими цілями освіти завжди наявні і прагматичні цілі навчання, які й визначають зміст і якість майбутнього спеціаліста. При такому навчанні необхідні знання з фундаментальних на, які б слугували опорою для усвідомленого засвоєння загальнопрофесійних та спеціальних дисциплін.

У роботі зі студентами нефізичних спеціальностей необхідно враховувати чимало проблем. Перш за все, це проблема створення умов для вивчення фізики в необхідному обсязі. Також стоїть завдання підвищення ефективності навчальної діяльності студентів в умовах різного рівня знань з фізики у першокурсників. Скорочення кількості годин на аудиторне вивчення фізики потребує вдосконалення організації і активізації самостійної роботи студентів. На наш погляд, значною мірою розв’язати ці проблеми допомагає застосування методу аналогії, який дає можливість полегшити і прискорити процес навчання. Під аналогією розуміють такий метод наукового пізнання, коли з подібності двох або більше ознак (властивостей, відношень) предметів, явищ, процесів навколишньої дійсності можна зробити висновок про подібність інших ознак (властивостей, відношень) цих предметів, явищ, процесів. Метод аналогії сприяє активізації самостійної розумової діяльності, розвитку відчуття нового і формуванню інженерно-дослідницької функції спеціаліста. Введення методу аналогії у навчання фізики відповідає діючим кваліфікаційним вимогам до певної спеціальності, згідно з якими випускник повинен володіти методологією і методами пізнання, творчої діяльності при розв’язанні професійних завдань.

Дане дослідження продовжує ряд досліджень, присвячених таким методам навчання: метод симетрії, метод середнього, графічний метод, моделювання. Використанню методів науки у навчанні присвячені роботи А.М.Алексюка, М.Н.Алексєєва, Д.В.Вількєєва, В.В.Давидова, М.М.Скаткіна, Б.І.Коротяєва, М.І.Підкасистого, М.І.Махмутова, Я.О.Пономарьова та інших. Знайомство з методами науки, наближення процесу вивчення фізики до процесу наукового пізнання дає можливість створити передумови для успішного засвоєння знань з фізики й оволодіння засобами їх набуття.

Історія фізики демонструє успішне використання аналогій такими видатними вченими, як А.Ампер, Ш.Кулон, Дж.Максвелл, І.Ньютон, Г.Ом, М.О.Умов, М.Фарадей та іншими. На пояснювальну функцію аналогій вказували І.Мандельштам, С.І.Вавілов, А.Ф.Йоффе, Я.І.Френкель, Е.Фермі та інші вчені-фізики, що займались педагогічною діяльністю.

У 1959 р. С.Ю.Каменецький виконав спеціальне дослідження щодо використання аналогій у курсі фізики середньої школи, у якому довів доцільність використання у навчально-виховному процесі різних аналогій. Оскільки їх застосування приводить до полегшення і прискорення процесу навчання, до поглиблення знань учнів.

Фундаментальними роботами щодо використання аналогій у навчанні фізики можна вважати роботи: С.Ю.Каменецького, Л.Р.Калапуші, П.Я.Михайлика, Г.Б.Редько, М.А.Солодухіна. Застосування методу аналогії у навчанні доповнилось цікавими розробками А.М.Алексюка, С.П.Бондар, В.Н.Воробйова, П.М.Ерднієва, С.Ю.Каменецького, Л.Р.Калапуші, Б.І.Коротяєва, М.І.Махмутова, П.Я.Михайлика, В.В.Попковича, Ю.В.Сенька, М.А.Солодухіна та іншими. Більшість цих робіт стосується курсу фізики середньої школи. Досліджень з використанням аналогії у курсі фізики для вищої школи майже немає. Тому проблема використання методу аналогії при розв’язуванні фізичних задач у вищій школі не є достатньо розробленою і її розв’язання тісно пов’язане з питаннями вдосконалення навчального процесу, розвитку пізнавальної активності, інтелекту, творчих здібностей та якості знань студентів. Зокрема, потребує дослідження питання про способи і шляхи включення методу аналогії у навчально-виховний процес, питання раціональності застосування методу аналогії. Слід також виявити вплив використання методу аналогії у навчальному процесі з фізики на розвиток мислення студентів.

Існуюча невідповідність між необхідністю оволодіння спеціалістами методами науки, які виступають як методи навчання і засоби добування знань, і відсутністю методик навчання з використанням методу аналогії робить дослідження за обраною темою актуальним.

Різним сторонам вдосконалення змісту, методів, організаційних форм і засобів вивчення фізики у вищій школі, присвячені дослідження О.І.Бугайова, Г.Ф.Бушка, С.У.Гончаренка, П.Л.Капіци, Ю.А.Пасічника, М.Й.Розенберга, О.В.Сергєєва, А.М.Сохора, І.І.Тичини, В.А.Фабриканта, М.І.Шута та інших. Висновки цих досліджень можна застосовувати на нефізичних спеціальностях при відповідному врахуванні специфіки реалізації їх у нових умовах модернізації вищої освіти.

Викладені вище обставини зумовили вибір теми дисертаційного дослідження: “Застосування методу аналогії у навчанні фізики студентів нефізичних спеціальностей вищих навчальних закладів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Дисертаційне дослідження виконано відповідно до тематичного плану науково-дослідної роботи кафедри вищої математики і фізики Полтавського університету споживчої кооперації України. Напрям дисертаційного дослідження безпосередньо пов’язаний з держбюджетною темою науково-дослідної роботи кафедри № 145/01 “Удосконалення самостійної роботи студентів з фізико-математичних дисциплін на основі використання інформаційних технологій та інноваційних методів навчання” (виконується з 2000 року). Тема дисертації затверджена на засіданні вченої ради Полтавського університету споживчої кооперації України (протокол № 11 від 18 грудня 1996 р.) і узгоджена в раді з Координації наукових досліджень в Україні в галузі педагогіки і психології (протокол № 4 від 27 квітня 1999 р.).

Об’єктом дослідження є процес вивчення курсу фізики у вищих навчальних закладах на нефізичних спеціальностях.

Предмет дослідження – структура, зміст і методика вивчення курсу фізики у вищих навчальних закладах у контексті системного використання методу аналогії.

Мета дослідження – виявити можливості застосування методу аналогії у процесі вивчення курсу фізики і підвищення ефективності навчання за його допомогою, а також оволодіння майбутніми спеціалістами цим методом наукового пізнання, експериментально перевірити ефективність розробленої методики.

Гіпотеза дослідження – застосування методу аналогії у навчанні фізики повинно привести до покращення якості знань студентів і до набуття ними досвідом самоосвітньої діяльності, оскільки цей метод спонукає студентів до самостійної роботи - самостійної розумової діяльності.

Відповідно до предмету дослідження, його мети і гіпотези, були поставлені конкретні завдання:

1. Проаналізувати психолого-педагогічну і методичну літературу та з’ясувати сучасний стан проблеми застосування методу аналогії у курсі фізики, зокрема, при розв’язуванні фізичних задач у вищих навчальних закладах.

2. Виявити психолого-педагогічні умови використання методу аналогії при вивченні курсу фізики, сформулювати методичні вимоги, які сприяють оволодінню і застосуванню студентами методу аналогії.

3. Розробити методичні рекомендації до розв’язування фізичних задач із застосуванням методу аналогії.

4. Експериментально перевірити ефективність розробленої методики застосування методу аналогії у навчанні фізики.

Методологічною основою дослідження стали провідні психолого-педагогічні концепції навчання та розвитку студентів, зокрема, діяльнісного підходу (П.Я.Гальперін, В.В.Давидов, З.І.Калмикова, О.Н.Леонтьєв та ін.); психологічні теорії мислення (Дж.Брунер, Л.С.Виготський, С.Л.Рубінштейн та ін.); адаптації методів наукового пізнання до процесу навчання (А.М.Алексюк, Д.В.Вількєєв, В.В.Давидов, М.М.Скаткін, Б.І.Коротяєв, М.І.Махмутов, Я.О.Пономарьов), сучасна теорія розв’язування навчальних задач (О.І.Бугайов, С.У.Гончаренко, C.Ю.Каменецький, Є.В.Коршак, О.І.Ляшенко, В.П.Орєхов, В.Г.Розумовський, А.В.Усова); закони України “Про освіту”, “Про вищу освіту”, Державна національна програма “Освіта: Україна XXI століття”, нормативні документи Міністерства освіти і науки України.

Для розв’язання поставлених завдань використовувались методи дослідження: теоретичний аналіз проблеми на основі вивчення та аналізу психолого-педагогічної та науково-методичної літератури, пов’язаної з темою дисертаційного дослідження; аналіз змісту навчального матеріалу з окремих розділів курсу фізики з метою застосування методу аналогії; дидактичне моделювання процесу застосування методу аналогії до розв'язування та складання фізичних задач; анкетування, якісний і кількісний аналіз педагогічного експерименту.

Наукова новизна дослідження полягає в тому, що:

- розроблений метод аналогії у навчанні фізики, обґрунтована теоретично і підтверджена експериментально доцільність і можливість оволодіння та використання студентами нефізичних спеціальностей методом аналогії як методом навчання, що відповідає кваліфікаційним вимогам до певної спеціальності;

- запропонована методика вивчення фізики з застосуванням методу аналогії не лише при вивченні теоретичного матеріалу, що використовувалось у навчальних посібниках, а й при розв’язуванні задач;

-

- створена сукупність взаємообумовлених вимог стосовно введення методу аналогії у навчальний процес, що виступають як умови його ефективного застосування;

- проведена кількісна оцінка дидактичних можливостей запропонованої методики вивчення фізики з застосуванням методу аналогії, яка показала, що якість знань студентів як з фізики, так і з спеціальних дисциплін покращилась.

Теоретичне значення дослідження: розвинута методика застосування методу аналогії при вивченні фізики студентами нефізичних спеціальностей, яка ґрунтується на активізації самостійної розумової діяльності і приводить до покращення якості знань студентів та розвитку їх розумових здібностей; розроблені дидактичні вимоги до застосування методу аналогії при розв’язуванні задач з фізики; уточнені поняття “модель-оригінал ” та “модель-аналог” у контексті застосування їх до систематизації теоретичного матеріалу з фізики та до розв’язування задач; встановлені психолого-педагогічні передумови та значення застосування методу аналогії для підвищення ефективності навчально-виховного процесу, якості знань і умінь студентів, для розвитку їх творчих здібностей.

Практичне значення дослідження визначається розробленою системою методичних рекомендацій з реалізації загального підходу до цілеспрямованого і систематичного застосування методу аналогії під час вивчення фізики; розробленими і впровадженими у навчальний процес методиками розв’язування задач з застосуванням цього методу. Основні положення, результати та висновки проведеного дослідження можна використовувати у процесі вивчення фізики студентами вищої школи, коледжів та учнями гімназій, ліцеїв, шкіл. Представлені методичні рекомендації можуть бути успішно використані при вивченні курсу фізики у будь-яких вищих закладах освіти, у тому числі і педагогічних, методистами-фізиками та вчителями загальноосвітньої школи. Результати дослідження стануть корисними також при написанні нових та удосконаленні існуючих навчальних і методичних посібників та збірників задач з фізики.

Особистий внесок автора полягає у доведенні доцільності оволодіння студентами методом аналогії для виконання інженерно-дослідницької функції у майбутньому; в уточненні значення і у визначенні ролі використання методу аналогії при вивченні фізики студентами вищих навчальних закладів; у встановленні умов, чинників і організаційних форм залучення студентів до використання методу аналогії; у розробці різних моделей розв’язування фізичних задач з використанням методу аналогії; у впровадженні розроблених методичних рекомендацій щодо використання методу аналогії при вивченні фізики у навчальний процес, зокрема, з метою економії навчального часу. У роботах [6; 7; 10; 12], опублікованих у співавторстві, автор брав участь у розробці і впровадженні ідей у навчально-виховний процес. У роботі [9] автором було розроблено блок 2, а у роботі [11] пункти – 1.2 і 1.3.

Вірогідність результатів і обґрунтованість висновків дослідження забезпечується відповідністю основних положень дисертації результатам психолого-педагогічних і дидактичних досліджень, адекватністю методів дослідження його меті та завданням, повнотою і статистичною достовірністю результатів педагогічного експерименту, всебічним аналізом і широким обговоренням одержаних результатів та висновків з ученими-методистами та викладачами.

Апробація та впровадження результатів дослідження здійснювалась на технологічному і товарознавчому факультетах Полтавського університету споживчої кооперації України (довідка № 45-10/14 від 21 02.03), на фізико-математичному факультеті Полтавського державного педагогічного університету імені В.Г.Короленка (довідка № 31 від 22.03.02), у Полтавському обласному інституті післядипломної освіти педагогічних працівників (довідка № 55 від 19.04.02).

Повідомлення з теми дисертації регулярно заслуховувалися, обговорювалися і знайшли схвалення на методичному семінарі, що проводився на базі кафедри вищої математики і фізики Полтавського університету споживчої кооперації України в період з 1996 р. по 2003 р. Основні положення дисертаційного дослідження доповідались автором у Полтавському обласному інституті післядипломної освіти педагогічних працівників, на науково-методичній конференції "Інтенсивні технології у навчальному процесі – головна умова покращення якості підготовки фахівців” (Полтава, 1997), Всеукраїнській науково-практичній конференції "Дидактичні проблеми освіти в Україні" (Чернігів, 1998), науково-методичній конференції “Методичні, дидактичні і психологічні аспекти проблемного навчання в умовах реформування вищої освіти” (Полтава, 1998), Восьмій Міжнародній Науковій Конференції імені академіка М. Кравчука (Київ, 2000), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Шляхи і засоби впровадження стандартів фізичної освіти в Україні (Чернігів, 2000), науково-методичній конференції “Нові технології навчання та покращення якості підготовки фахівців з вищою освітою” (Полтава, 2001), міжнародній науково-методичній конференції “Науково-методичні проблеми управління якістю освітньої діяльності” (Полтава, 2002), міжвузівській науково-методичній конференції “Моніторинг якості процесів і результатів освітньої діяльності” (Полтава, 2003).

Публікації: результати дослідження опубліковано в 15 роботах. Серед них 6 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць (5 - у фахових), 7 – у матеріалах конференцій, а також 2 роботи представлені у вигляді навчально-методичних посібників.

Структура дисертації: дисертація складається зі вступу, двох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Повний обсяг дисертації становить 200 сторінок, основний текст викладений на 174 сторінках. Робота містить 14 таблиць, 45 рисунків, 3 додатки

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, визначено об’єкт, предмет, мету, гіпотезу, завдання і методи дослідження, сформульовано наукову новизну, теоретичне та практичне значення, представлені апробація і впровадження результатів дослідження.

У першому розділі “Аналогія – метод наукового пізнання” аналізується стан проблеми в психолого-педагогічній і методичній літературі. Потреби суспільства у спеціалістах з нестандартним мисленням ставлять перед освітою завдання оволодіння студентами методами здобування нових знань. Одним з таких методів набуття знань є метод аналогії. Застосовуючи цей метод, знання, здобуті при розгляді якогось об’єкта (моделі), переносять на інший, менш вивчений об’єкт, менш доступний для дослідження, менш наочний. Порівнюючи нові для студентів, далекі від їх життєвого досвіду предмети і явища з уже відомими, викладач (за подібністю) домагається усвідомлення студентами властивостей цих предметів і явищ.

Ми навчаємо студентів, які не складають вступних іспитів з фізики. Нерідко студент, ще будучи школярем, не розумів фізики і у нього сформувався психологічний бар’єр по відношенню до фізики. Завданням нашого дослідження було знайти способи усунення цього бар’єру з тим, щоб допомогти студенту не тільки зрозуміти і опанувати курс фізики у необхідному для фахівця нефізичних спеціальностей обсязі, а й розвинути навички самоосвітньої діяльності при вивченні спеціальних дисциплін. Відомо, що використання у навчально-виховному процесі різних аналогій приводить до полегшення і прискорення процесу навчання, до поглиблення знань студентів. У своєму дослідженні ми поставили завдання детально розробити методику оволодіння студентами методом аналогії при вивченні фізики та розкрити механізм дії цього методу на розвиток мислення студентів. Потрібно доводити студентам необхідність самостійної пізнавальної діяльності (у чому їм допоможе метод аналогії) не тільки для кращого засвоєння матеріалу, а й для покращення якості мислення. Ми встановили, що усвідомлення студентами необхідності і можливості самоосвітньої діяльності приводить до значного підвищення їх навчально-пізнавальної активності.

З’ясовано, що застосування методу аналогії у педагогічній науці має велике значення для розвитку евристичного мислення. При застосуванні методу аналогії вибирають об’єкт-оригінал із відомого знання, а досліджуваний об’єкт розглядають як об’єкт-аналог. Висновок, зроблений за методом аналогії стосується об’єкта-аналога. На основі подібностей об’єкта-оригінала та об’єкта-аналога (які, на перший погляд, не піддаються порівнянню) у студента виникають інтуїтивні передбачення щодо способів розв’язування проблеми. При цьому у нього виробляється вміння застосовувати вже відомі способи розв’язування задач у нових навчально-практичних ситуаціях. У дослідженнях Д.Слобіна і Дж.Гріна доведено, що форми умовиводів, які засвоєні суб’єктом навчальної діяльності, можуть зберігатися незалежно від змісту навчального предмету, що надає людині можливості застосовувати ці форми суджень незалежно від предметної галузі діяльності. Тобто, відбувається розвиток навичок продуктивного мислення, завдяки застосуванню методу аналогії.

Ми встановили, що для оволодіння студентами методом аналогії і застосування його при вивченні фізики необхідно давати такі завдання: порівняти дві подібні теми з фізики і знайти в них відмінне; порівняти дві різні теми і знайти між ними спільне; назвати істотні і другорядні ознаки даних предметів; виділити істотне і неістотне для даного об’єкта. У своїй роботі ми використовували знання про те, що новий матеріал краще засвоюється, коли він вводиться не тільки у порівнянні з попереднім, а й у встановленні подібних або різних ознак. При цьому студенти відкривають нові, раніше не помічені сторони порівнюваних понять, предметів, явищ. Класифікуючи їх, студенти навчаються виділяти та групувати суттєві ознаки фізичних явища. Систематизуючи - студенти визначають зв’язки між ознаками та порядок розміщення матеріалу. Класифікація та систематизація допомагають включити нові знання у загальну систему знань студентів. Суть явищ, які вивчаються, допомагає розкрити процес узагальнення як поєднання виділених істотних ознак, що супроводжується абстрагуванням. На основі цих міркувань ми організували одночасне вивчення подібних тем з фізики.

Доцільність оволодіння методом аналогії і застосування цього методу у навчанні випливає з того, що аналогія допомагає пригадуванню чималого за обсягом матеріалу теми, подібної до краще засвоєної (поступальний та обертальний рух, гравітаційне та електростатичне поле тощо). Використання аналогій сприяють розвитку гнучкості, широті, самостійності і критичності мислення. У студентів формується уміння розбиратись у нових фактах, явищах, подіях (спираючись на набуті раніше знання), знаходити нові, оригінальні шляхи розв’язування завдань. І все це врешті сприяє формуванню конкурентноспроможного спеціаліста на ринку праці.

Для оволодіння студентами методом аналогії ми визначили такі методичні вимоги: використання історичного підходу для ілюстрації ефективного застосування методу аналогії і для реалізації ефекту відкриття під час введення нового матеріалу; добір прикладів до структур міркувань за різними видами аналогії; орієнтація студентів на самостійне виявлення ними прикладів застосування методу аналогії у підручниках з фізики; корекція хибного застосування студентами методу аналогії, для чого необхідно розглядати як спільні, так і різні ознаки порівнюваних об’єктів. Причому, подібні ознаки повинні бути суттєвими і їх повинно бути більше, ніж різних.

У другому розділі “Використання методу аналогії при вивченні фізики студентами нефізичних спеціальностей” розглянуто питання використання методу аналогії у навчанні фізики при вивченні теоретичного матеріалу і під час розв’язування задач. Тут же подані результати педагогічного експерименту, який був проведений у процесі дослідження.

У своєму дослідженні ми керувались методом паралельного викладу, який полягає в тому, що виклад і введення подібних тем з фізики відбувається одночасно. Можливість такого вивчення існує завдяки методу аналогії. Паралельне (одночасне) вивчення було застосоване як при викладанні окремих розділів курсу фізики, так і при розв’язуванні фізичних задач.

Однакова структура рівнянь, які описують аналогічні явища з фізики, приводить до аналогії у методах розв’язування задач з цих питань. На основі цього твердження застосування методу аналогії ми проводили у такій послідовності: встановлення аналогії між фізичними явищами між величинами формулами (законами) між рівняннями і врешті між ходом розв’язування задач.

Застосування методу аналогії нами було реалізовано у таких питаннях: аналогія поступального та обертального рухів; аналогія гравітаційного та електростатичного полів; застосування аналогії при вивченні послідовного і паралельного з’єднання елементів; аналогія в задачах на обчислення роботи змінних сил; аналогія у коливальних процесах; застосування електромеханічної аналогії до розв’язування аналогічних задач; аналогія в геометричній оптиці; застосування аналогій при визначенні середніх величин.

Цінність одночасного вивчення поступального і обертального рухів полягає в тому, що відбувається з’ясування суті моменту інерції, моменту сили, моменту імпульсу тощо. При розв’язуванні задач на закони збереження у механіці і електростатиці була виявлена можливість розв’язувати їх за єдиною схемою, оскільки електростатичне поле і поле сили тяжіння - потенціальні. Головними елементами розглянутих задач були закони збереження імпульсу поступального і обертального рухів при непружному ударі та закон збереження заряду. Ознайомлення студентів із розв’язуванням задач на рух тіла, кинутого під кутом до горизонту (модель-оригінал) у порівнянні з розв’язуванням задач на рух зарядів у полі конденсатора (модель-аналог) виявляється плідним, оскільки полегшує студентам самостійне розв’язування аналогічних задач.

Досліджено єдиний алгоритм розв’язування простих задач на послідовне і паралельне з’єднання елементів. За модель-оригінал беруться з’єднання конденсаторів, а з’єднання резисторів та пружин розглядаються як моделі-аналоги. Під час вивчення теми “Постійний електричний струм” заповнюється таблиця для з’єднань конденсаторів і резисторів. У процесі вивчення теми “Гармонічні коливання” таблиця доповнюється з’єднаннями пружин.

Аналогія коливань різних фізичних систем демонструється у таблиці, яка складена за таким алгоритмом: рисунок, який зображує певну коливальну систему; рівняння, яке описує коливання даної системи; відповідне диференціальне рівняння другого порядку; розв’язок диференціального рівняння; формула для кутової швидкості коливань; формула періоду коливань. Саме з рівнянь, які описують коливання відповідних систем видно аналогію між механічними та електромагнітними величинами: масі відповідає індуктивність, коефіцієнту пружності – величина обернена ємності, координаті – заряд, лінійній швидкості – сила струму тощо.

Паралельне вивчення механічних коливань та коливань у

коливальному контурі унаочнює аналогію механічних і електро-

магнітних величин та формул. Складена для них таблиця полег-

шує і скорочує хід розв’язування задач на визначення періоду ко-

ливань складних механічних (рис.1) і електромагнітних систем у

порівнянні з відомими методами розв’язування цих типів задач.

Рис.1

Метод аналогії дає можливість використати метод середнього у різних розділах фізики. Метод середнього застосовуємо при розв’язуванні задач на визначення середніх величин, параметрів і характеристик: суміші газів або рідин, неоднорідних тіл, нерівномірних рухів, неоднорідних діелектриків тощо. Єдиний алгоритм розв’язування задач на обчислення середнього значення фізичної величини допомагає сформувати у студентів практичні вміння і навички застосовувати одержані знання на практиці.

У роботі виявлені можливості застосування комп’ютерних технологій для розв’язування задач з фізики. Для задач, які раціонально розв’язувати графічним методом, ми рекомендували застосовувати програму “Visual Calculus ”. При цьому аналогія у розв’язанні аналогічних задач виявлялась наочно. Нами був розроблений навчально-контролюючий тренінг на базі табличного процесора Excel (приклад наведено у додатку А), у якому контролюються усі проміжні результати розв’язування задачі, а не тільки кінцеві. За допомогою тренінгу студент самостійно виявляє помилки у розв’язуванні задачі і виправляє їх доти, поки не отримає правильний.

Розглянемо питання організації навчальної діяльності студентів при вивченні фізики з застосуванням методу аналогії. На вступній лекції з курсу фізики довести до студентів доцільність оволодіння методом аналогії як наукового методу дослідження. Потім дати означення методу аналогії та навести приклади застосування у відкриттях вчених і винахідників. На цій же лекції дати студентам перше індивідуальне домашнє завдання (ІДЗ № 1): знайти приклади застосування аналогії у науково-популярній та навчальній літературі з фізики (завдання базового рівня, термін виконання – протягом року). Можна запропонувати самостійно знайти аналогію між явищами, об’єктами навколишнього світу та фізичними явищами або фізичними об’єктами тощо (завдання творчого рівня). Необхідно призначити день проведення консультації (один раз у тиждень), строк виконання ІДЗ та форма подачі (письмово, усно). Друге ІДЗ подається після вивчення поступального і обертального руху тіл. Завданням буде самостійне складання таблиці аналогії фізичних величин, формул, законів з цих тем (строк виконання - один тиждень). Студент, який правильно виконав ІДЗ № 2, отримує завдання встановити аналогічні задачі у цих темах (для всіх студентів), скласти і розв’язати задачі аналогічні даним (базовий рівень), скласти і розв’язати аналогічні задачі з подібних тем (підвищений рівень), скласти і розв’язати аналогічні задачі з різних тем (поглиблений рівень). У процесі вивчення фізики студенти повинні виконати сім ІДЗ з застосуванням методу аналогії. Відмітимо, що організація навчання фізики з використанням методу аналогії не потребує суттєвої переробки навчальної програми дисципліни “Фізика”. Необхідно тільки внести зміни у плануванні тематики самостійної роботи студентів. Це обумовлено тим, що ми задалися метою розробити таку систему, яку легко було б адаптувати в умовах іншого ВНЗ. Тому запропонований нами підхід до організації навчальної діяльності студентів з курсу фізики з застосуванням методу аналогії можна змінювати відповідно до інтересів і творчих нахилів викладача та рівня підготовки студентів.

Ефективність розробленої методики навчання студентів з фізики із застосуванням методу аналогії перевірялась експериментально впродовж семи років з 1996 року по 2003 рік. Педагогічний експеримент складався з трьох етапів. На першому етапі (1996-97 рр.) проводився аналіз психолого-педагогічної та науково-методичної літератури, навчальних програм та підручників з фізики для нефізичних спеціальностей; виявлявся рівень володіння студентами методом аналогії. За результатами констатуючого експерименту були зроблені такі висновки: рівень знань першокурсників з подібних розділів фізики різний, що свідчить про недостатнє володіння студентами методом аналогії; викладачі фізики методом аналогії володіють, але не ставлять собі за мету навчити студентів умінню застосовувати цей метод наукового пізнання; оскільки застосування методу аналогії у навчанні сприяє розвитку інтелектуальних здібностей студентів, то ми вважаємо, що необхідно студентам оволодіти цим методом для становлення його як професіонального фахівця. Хоч застосування методу аналогії у підручниках з фізики представлено у задовільному обсязі, але залишаються не достатньо розробленими рекомендації з застосування методу аналогії при розв’язуванні задач з фізики. На основі теоретичного аналізу проблеми було розроблено умови і чинники, які сприяють оволодінню студентами методом аналогії, розроблялися методики розв’язування задач із застосуванням методу аналогії.

На другому етапі (1997-2000 рр.) проводився формуючий експеримент. Були відібрані і апробовані аналогічні задачі, на матеріалі яких формувалося володіння студентами методом аналогії. були підібрати таким чином, щоб на момент проведення експерименту вони мали однаковий рівень успішності. Порівняльний аналіз результатів навчання у контрольних і експериментальних групах дозволив розкрити загальну тенденцію впливу запропонованого методичного підходу на підвищення рівня знань. Статистична значущість відмінності отриманих результатів визначалась за критерієм Пірсона. Порівняльні результати контрольної роботи на предмет визначення залишкових знань свідчать про те, що в кількісному плані залишкові знання в контрольних і експериментальних групах суттєво не відрізняються, а якість знань у студентів експериментальних груп вища у порівнянні зі студентами контрольних груп. Це означає, що методичні положення запропонованого методичного підходу сприяють глибшому і міцнішому засвоєнню знань та якісному застосуванню їх через певний інтервал часу.

На третьому етапі (2000-2003 рр.) був проведений контрольний експеримент, на якому перевірялись рівні навченості студентів, якість знань із спеціальних дисциплін, аналізувалось уміння студентів застосовувати розумові операції під час навчання. Спостереження за рівнями навченості студентів показали, що кількість студентів із середнім і високим рівнями навченості збільшилась в експериментальних групах, тоді як в контрольних майже не змінилась. Оволодіння способами здобуття знань, завдяки впровадженню запропонованої методики, сприяло підвищенню якості знань студентів зі спеціальних дисциплін. Цей висновок зроблено за результатами виконання комплексних контрольних робіт. Проведене анкетування з виявлення рівня володіння студентами методом аналогії показало, що студенти експериментальних груп мають більш творчий потенціал, оскільки усвідомлення і застосування структурних одиниць пізнавального процесу (порівняння, аналіз, синтез, систематизація, узагальнення, класифікація) сприяють підвищенню рівня отримання знань.

На підставі результатів проведеного нами дослідження ми прийшли до таких висновків:

1. Аналіз ролі методу аналогії у розв’язуванні різноманітних проблем, у розвитку мислення, у підвищенні рівня знань студентів нефізичних спеціальностей дав можливість висунути та обґрунтувати ідею про необхідність розробки і доцільність впровадження у практику вищої школи методу аналогії ширше і глибше, ніж це відображено у сучасній методичній літературі. Згідно з діючими кваліфікаційними вимогами до певної спеціальності випускник повинен володіти методологією і методами пізнання, творчої діяльності. Тому одним із завдань дослідження стало оволодіння студентами методом аналогії, який неодноразово відігравав суттєву роль у історії розвитку фізики, має пояснювальну функцію, сприяє відкриттю нового і при цьому залишається простим у застосуванні.

2. Встановлено, що при застосуванні методу аналогії студенти порівнюють явища, здійснюють аналіз їх ознак, вибирають з поміж них істотні і неістотні, класифікують і систематизують ці ознаки, роблять узагальнення та висновки, тобто використовують широкий спектр розумової діяльності. При встановленні аналогії відомі властивості і відношення стають засобом у визначенні невідомого елемента аналогії. Таким чином, метод аналогії ґрунтується на активізації самостійної розумової діяльності, що сприяє розвитку творчих здібностей і наукового типу мислення майбутніх фахівців.

3. Вироблена сукупність взаємообумовлених вимог стосовно впровадження методу аналогії у навчальний процес, що виступають як умови його оволодіння і ефективного застосування: демонстрація історичних фактів застосування методу аналогії у наукових відкриттях і спрямування студентів на пошук цих фактів; спрямування студентів на самостійне виявлення прикладів застосування методу аналогії у літературі з фізики; систематичне виконання студентами завдань на встановлення, складання і розв’язування задач методом аналогії; стимулювання студентів не тільки на застосування методу аналогії у навчанні, а й на аналіз власних розумових дій, які супроводжують таке навчання.

4. Визначений механізм дії методу аналогії: при застосуванні цього методу для пояснення нового матеріалу та при розв’язуванні фізичних задач досягається розкриття внутрішньої логіки фізичної науки через впровадження вже раніше вивченого у процес одержання нового знання за умови встановлення логічного зв’язку між відомою студентам і новою для них навчальною інформацією.

5. Розроблена модель процесу навчання фізики, яка ґрунтується на одночасному вивченні подібних тем з фізики, що є доцільним з точки зору виявлення загальних закономірностей у цих темах. Розроблений механізм впровадження методу аналогії у навчання фізики: встановлення аналогії між фізичними явищами між величинами між формулами (законами) між рівняннями і врешті між ходом розв’язування задач. Виявлено, що спрямування студентів на самостійну роботу з порівняння елементів (фізичних величин, формул, рівнянь тощо) подібних систем допомагає легко пригадати матеріал, і встановити раніше не помічені зв’язки, дає можливість з’ясувати суть елементів та їх відношень, привести у систему знання про відоме поняття та нове, аналогічне йому, правильно використати закони фізики на практиці.

6. Однакова структура рівнянь, які описують аналогічні фізичні явища і процеси, приводить до аналогії у методах розв’язування задач з цих питань. На основі цього твердження нами складені методики застосування методу аналогії при розв’язуванні задач: на поступальний і обертальний рух, на рух тіл у електростатичному і гравітаційному полях, на коливальні процеси у різних фізичних системах, з геометричної оптики, на закони збереження.

7. З’ясовано, що застосування методу аналогії полегшує самостійну роботу студентів з аналогічними задачами, оскільки вони розв’язуються за одним алгоритмом. Це означає, що збільшується кількість розв’язаних задач за менший час ніж при розв’язуванні цих задач без застосування методу аналогії. При такому навчанні відбувається також залучення всіх студентів до інтенсивної пізнавальної діяльності.

8. Встановлено, що метод аналогії дає можливість здійснювати рівневу диференціацію студентів. Для цього необхідно давати завдання на встановлення і складання аналогічних задач з одного розділу (базовий рівень), з подібних тем (підвищений рівень), з різних тем фізики (поглиблений рівень). Самостійне складання і розв’язування аналогічних задач є також ефективним контролем і самоконтролем розуміння студентами суті фізичних понять.

9. Створені і апробовані дидактичні матеріали для вивчення фізики з застосуванням методу аналогії студентами нефізичних спеціальностей, доведена доцільність їх використання у навчальному процесі з фізики у вищій школі, оскільки це сприяє активізації самостійної розумової діяльності, удосконаленню розумових здібностей, формуванню навичок самостійної діяльності (зокрема, уміння самостійно розв’язувати задачі з фізики) та приводить до покращення якості знань з фізики і спеціальних дисциплін.

Таким чином, застосування методу аналогії у навчальному процесі з фізики у вищій школі активізує самостійну розумову діяльність і сприяє розвитку розумових здібностей, формуванню навичок самостійної діяльності (зокрема, уміння самостійно розв’язувати задачі з фізики), що приводить до покращення якості знань як з фізики, так і з спеціальних дисциплін. Мета дослідження досягнута, поставлені завдання виконані, а гіпотеза отримала підтвердження.

Подальші дослідження розглянутої проблеми можуть бути спрямовані на створення якісного методичного забезпечення самостійної роботи студентів з вивчення фізики із застосуванням методу аналогії, а також на розробку відповідної комп’ютерно-орієнтованої дидактичної системи.

Основні положення дисертації викладено в таких публікаціях автора:

1. Вовк Л.І. Роль методу аналогії при викладенні фізики у вузі // Наукові записки: Зб. наук. праць. - Харків: ХДУ, 1998. - С. 129-132.

2. Вовк Л.І. Використання аналогій для визначення параметрів суміші газів // Фізика і астрономія в школі. - 2000. – № 4 – С. 12; 39; 40; 49.

3. Вовк Л.І. Аналогії у геометричній оптиці // Фізика і астрономія в школі. – 2000. – № 1. – С. 34-37.

4. Вовк Л.І. Значення використання аналогій у навчанні для розвитку мислення студентів // Вісник ЧДПУ ім. Т.Г.Шевченка. – Вип. 3. Серія: Педагогічні науки: Збірник: Чернігів: ЧДПУ, – 2000. – № 3. – С. 21-22.

5. Вовк Л.І. Аналогії у навчанні // Матеріали VIII Міжнародної Наукової Конференції імені академіка М. Кравчука. – К.:НТУУ (КПІ), – 2000. – С. 500.

6. Вовк Л.І., Михайлик П.Я. Використання аналогії – одна з ефективних форм узагальнення і систематизації знань // Дидактичні проблеми фізичної освіти в Україні: Матеріали науково-практичної конференції. – Чернігів: ЧДПУ, – 1998. – С. 27-30.

7. Вовк Л.І., Лобань В.П. Метод аналогії як один із шляхів інтенсифікації навчання фізиці у вузі // Інтенсивні технології у навчальному процесі – головна умова покращення якості підготовки фахівців: Матеріали науково-методичної конференції. – Полтава: ПКІ, – 1997. – С.116-117.

8. Вовк Л.І. Використання методу аналогії у проблемному навчанні // Методологічні, дидактичні і психологічні аспекти проблемного навчання: Матеріали науково-методичної конференції. – Полтава: ПКІ, 1998. – С. 198-205.

9. Вовк Л.І., Михайлик П.Я. Фізика. Блочний метод розв’язування задач з використанням аналогії. Механіка: Методичний посібник для студентів фізико-математичних факультетів. – Полтава: ПДПІ, – 1998. – 23 с.

10. Вовк Л.І., Михайлик П.Я. Застосування аналогій при розв’язуванні задач на закони збереження // Фізика і астрономія в школі. – 1998.– № 4. – С. 51-52.

11. Михайлик П.Я., Вовк Л.І., Куляєва О.О., Шепетя А.П. Фізика. Задачі на визначення періоду гармонічних коливань методом аналогії: Методичний посібник. – Полтава: Редакційно-видавничий відділ ПОІПОПП, – 2000. – 23 с.

12. Вовк Л.І., Михайлик П.Я. Аналогія в задачах на обчислення роботи змінних сил // Фізика в школах Полтавщини (для обдарованих учнів, студентів, аспірантів, викладачів): Науково методичний збірник статей. – Вип.2. – Полтава: АСМІ, – 2000. – С. 77-84.

13. Вовк Л.І. Використання методу середнього при розв’язуванні фізичних задач – як засіб підвищення якості знань // Нові технології навчання та покращення якості підготовки фахівців з вищою освітою: Матеріали XXVI науково-методичної конференції, присвяченої 10-й річниці незалежності України. – Полтава: ПУСКУ, – 2001. – С. 261-265.

14. Вовк Л.І. Роль самостійного складання навчальних задач у підвищенні якості знань і умінь студентів // Науково-методичні проблеми управління якістю освітньої діяльності: Матеріали міжнародної науково-методичної конференції. – Полтава: ПУСКУ, 2002. – С. 134–138.

15. Вовк Л.І. Роль науково-дослідної роботи у формуванні професійних якостей сучасного спеціаліста // Моніторинг якості процесів і результатів освітньої діяльності: Матеріали міжвузівської науково-методичної конференції. – Полтава: ПУСКУ, 2003. – С. 193–195.

АНОТАЦІЯ

Вовк Л.І. Застосування методу аналогії у навчанні фізики студентів нефізичних спеціальностей вищих навчальних закладів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук зі спеціальності 13.00.02 – теорія і методика навчання (фізики). Національний педагогічний університет

ім. М.П. Драгоманова, Київ, 2003.

У дисертаційному дослідженні дається теоретико-методичне обґрунтування необхідності і доцільності оволодіння студентами нефізичних спеціальностей методом аналогії у процесі вивчення не лише теоретичного матеріалу курсу фізики у вищих закладах освіти, як це було у відомих дослідженнях, а