Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

Практико-ориентированный подход в обучении физике актуализировался как ответ на вызов открытой информационной среды, в которой образовательно значимая информация становится доступной для обучающихся. Помимо этого наметилась тенденция прагматизации образования: самими обучающимися усваиваются только те элементы учебной информации, которые подлежат проверке с помощью контрольно-измерительных материалов государственной итоговой аттестации обучающихся. Участниками образовательных отношений ставится вопрос о применимости знаний, полученных в школе, к будущей жизни и профессиональной деятельности. Поэтому практико-ориентированное обучение в некоторой степени противоположно по содержанию академическому обучению, в котором значимая роль отводится теоретическим методам познания, абстрактно-логическим рассуждениям и отсылкам на исторический ход развития физической науки.

Практико-ориентированность преемственно связана с традиционным дидактическим принципом связи обучения с жизнью, но в современных условиях значительно расширяется ее значимость. Речь идет о новых типах учебных заданий, представленных в рамках международной программы PISA по мониторингу формирования естественнонаучной грамотности (ЕНГ) обучающихся, а также о содержании экспериментальной деятельности обучающихся, которой в настоящее время уделяется небольшое количество учебного времени. Для решения этих задач на федеральном уровне разработана и вступила в действие с 1.09.23 новая примерная образовательная программа по физике для 7–9 классов [1, 2]. Одной из ведущих идей в этой программе является идея прикладной направленности, которая отражена не только в предметных, но и в личностных результатах обучения. Эти результаты связаны с адаптацией школьников к изменяющимся условиям социальной и природной среды: осознание дефицитов собственных знаний и компетентностей в области физики; повышение уровня своей компетентности через практическую деятельность; стремление анализировать и выявлять взаимосвязи природы, общества и экономики, в том числе с использованием физических знаний и др. Целью статьи является научное обоснование использования практико-ориентированного подхода в обучении физике, выявление специфики, типологии и критерия практико-ориентированности заданий как методического инструментария учителя.

Материалы и методы исследования

Для достижения поставленной цели использовались методы анализа педагогической и методической литературы, посвященной исследованиям в области применения практико-ориентированного подхода при изучении физики, использовался личный педагогический опыт авторов.

Результаты исследования и их обсуждение

Практико-ориентированный характер обучения связан с освоением физических явлений, проявление которых обучающий наблюдает в окружающей жизни, а также с пониманием физических принципов действия различных технических устройств [3]. Целью такого обучения является формирование ЕНГ обучающихся, а базовыми средствами реализации являются учебный эксперимент исследовательского характера и задания на применение физических знаний в реальных жизненных ситуациях, на понимание связи физики с окружающими устройствами и технологиями, на объяснение явлений окружающей жизни на основе имеющихся физических знаний. Банк заданий по мониторингу формирования ЕНГ, разработанный российскими исследователями А.Ю. Пентиным, Г.Г. Никифоровым, Е.А. Никишовой [4], включает развернутую спецификацию заданий. В ней указаны: контекст, уровень сложности, тип знания, объект оценки и др. и система оценивания, включающая четкие критерии для заданий со свободным ответом. Банк заданий PISA регулярно обновляется, что связано с проникновением большого числа новых технологий и достижений науки в повседневную жизнь. Имеющиеся школьные учебники не могут вместить в себя такой объем образовательной информации, обновление содержания учебников идет крайне медленно. Поэтому развитие ЕНГ осуществляется через другие формы учебной работы, такие как внеурочные занятия, проектная и исследовательская деятельность.

Разработка принципа практико-ориентированности представлена в работах Г.П. Стефановой [5]. Практическая реализация данного принципа вытекает из понимания типовой задачи как цели, которая многократно ставится человеком в различных жизненных ситуациях. В работах Г.П. Стефановой выделено девять типовых задач, решаемых с применением знаний по физике: 1) создание объекта с заданными свойствами; 2) разработка технологии/метода создания объекта с заданными свойствами; 3) нахождение или оценка значений физических величин, описывающих свойства объекта в определенном состоянии; 4) эксплуатация технического объекта и др. В таком понимании практико-ориентированный подход позволяет обеспечить политехническую направленность физического образования, его профориентационную значимость и утверждает целесообразность применения конструкторских заданий в обучении физике. Еще одним ярким примером, иллюстрирующим научные положения, обоснованные Г.П. Стефановой, являются задания логического типа, представленные в известной книге «И тут появился изобретатель…» Г.С. Альтова [6]. Эти задания обучающиеся могут выполнять, применяя знания, полученные из школьного учебника физики. Тематика заданий связана с реальными техническими объектами, производственными и технологическими процессами. Задания направлены на развитие системного и критического мышления, креативности учащихся, в этом их очевидная ценность и значимость. Пример такого задания приведен на рис. 1 (из книги Г.С. Альтова [6]).

Нельзя не отметить банк практико-ориентированных заданий, принадлежащих полю STEAM-образования, предложенный А.С. Обуховым и С.А. Ловягиным [7]. Отобранные авторами задания могут быть использованы в условиях урочной и внеурочной деятельности. Описание заданий состоит из трех частей: пояснительная записка для учителя, задание для обучающихся, критерии оценивания. Задания согласованы со школьным курсом физики.

Заслуживает внимания конструктор учебных заданий, представленный в педагогическом колесе А. Каррингтона, где, согласно таксономии Б. Блума, определена типология учебных заданий на понимание, применение, анализ, оценку и создание учебной информации. Каждому типу заданий приведены в соответствие виды деятельности и глаголы, с помощью которых можно сформулировать задание [8]. В таком ключе к числу практико-ориентированных заданий дополнительно могут быть отнесены и задания по созданию интеллект-карт, инфографики и др. как реализующие деятельность по систематизации и структурированию образовательной информации, необходимой в условиях открытой информационной среды. Приведем примеры тем для интеллект-карт, направленных на формирование понятий о современных объектах окружающей действительности: 1) как работает смартфон (рис. 2); 2) цифровая лаборатория; 3) солнечная панель; 4) как устроен робот-пылесос; 5) умный дом; 6) умная теплица и др. На рис. 2 представлен образец задания, ветки интеллект-карты необходимо конкретизировать на основе знаний из учебника и самостоятельной познавательной деятельности

Рис. 1. Пример практико-ориентированного задания и подсказка для решения

Рис. 2. Пример интеллект-карты «Как работает смартфон» Примечание: авторы считают целесообразным предложить обучающимся частично сформированную интеллект-карту, поскольку тема «Как работает смартфон» достаточно сложная

В заключение заметим, что деятельность обучающихся по решению расчетных физических задач относится традиционно к практической. Думаем, что подобные задания следует отнести к академическому подходу, поскольку их значимость обусловлена в большей степени переходами обучающихся с одной ступени обучения на последующую, и наиболее актуальны расчетные задания для обучающихся, продолжающих физическое образование в вузе. В то же время физический практикум как форма организации учебной работы всегда присутствовал как завершающий этап изучения физики в советской школе. Экспериментальные задания, по мнению научно-педагогического сообщества, относятся к практико-ориентированным. Изложенное позволяет выделить среди практико-ориентированных заданий две группы – логические и экспериментальные задания. В первую группу входят задания по мониторингу формирования ЕНГ обучающихся, рамка формулировки которых задана в международном исследовании PISA. Разработанный российскими экспертами банк таких заданий [9, 10] позволяет построить сквозную образовательную программу для формирования ЕНГ обучающихся по ходу изучения школьного курса физики. Пример подобной программы представлен в табл. 1 и рассчитан на 2 часа в учебной четверти – урочной, внеурочной, либо домашнего задания для обучающихся.

Таблица 1

Сквозная программа по развитию ЕНГ обучающихся [9, 10]

Таблица 2

Классификация экспериментальных заданий по способу деятельности, основанному на эмпирических методах [14]

Второй тип заданий – экспериментальные – относится к числу практико-ориентированных, поскольку эксперимент является универсальным методом познания во всех науках и повседневной жизни. Современные линии учебников «Архимед» О.Ф. Кабардина [11], линия учебников Л.А. Генденштейна [12], «Сферы» В.В. Белаги, И.А. Ломаченкова, Ю.А. Панебратцева [13] ориентированы на экспериментальную деятельность обучающихся. Учебные экспериментальные задания целесообразно разделять по способу деятельности на четыре группы: наблюдение, измерение, эксперимент, конструирование. Конкретизация этих групп заданий представлена в табл. 2.

Конструкторские задания, выделенные в отдельную группу, выполняются посредством подручных материалов либо образовательных конструкторов. В ходе выполнения таких заданий дополнительно решается отдельный класс дидактических задач по развитию способностей обучающихся через конструкторскую деятельность. Вместе с тем многообразие подручного материала и деталей конструктора предполагает гораздо большую вариативность выполняемых опытов и поэтому учебное исследование может носить более глубокий и основательный характер. Применение образовательных конструкторов Lego, Fischertechnik [15], Научные развлечения [16], Знаток [17] и комплектов учебных материалов к ним, наличие учебно-методических материалов по домашнему эксперименту и опережающему обучению физике [17, 18] позволяет создавать образовательные программы, сочетающие конструкторскую и экспериментальную деятельность обучающихся. В качестве примера приведем программу развития экспериментальных умений обучающихся в условиях опережающего изучения физики с применением экспериментальных и конструкторских заданий (табл. 3).

Опишем содержание конструкторского задания «Сборка машинки на резиномоторе, исследование ее работы» из табл. 3.

Машинка приводится в движение за счет силы упругости, возникающей при растяжении канцелярской резинки. В зависимости от удлинения резинки изменяется сила ее натяжения и энергия упругой деформации, которая переходит затем в механическую энергию.

Таблица 3

Программа развития экспериментальных умений по механике на занятиях опережающего курса физики [17, 19]

Рис. 3. Машинка на резиномоторе

Рис. 4. Шагающий робот

Чем больше сила натяжения, тем больше пройденный машинкой путь. Кроме того, можно предложить обучающимся исследовать зависимость пройденного пути от диаметра колес, от сцепления колес с поверхностью (колеса с резиной и без нее), от передаточного отношения. В конце своего движения машинка начинает двигаться в обратном направлении. Целесообразным является задание разобраться в причине этого недостатка и внести изменения в конструкцию машинки [18]. Опишем еще один пример – «Сборка шагающего робота». Обучающимся предлагается собрать такого робота (рис. 4), запускать его с разной мощностью, наблюдать, как это влияет на его движение, и объяснять результат. Затем обучающиеся могут увеличить площадь соприкосновения всех четырех ног робота, наблюдать, как это повлияет на движение робота, и снова объяснить результат. Следующим шагом обучающимся предлагается заменить задние ноги большими вращающимися колесами, а передние ноги – маленькими колесами без вращения. Внесение изменений в конструкцию осуществляется для того, чтобы робот шел как можно дальше и быстрее [20].

В связи с процессами интеграции и дифференциации в области современной науки, с повсеместной цифровизацией технических систем и появлением новых технических и инженерных профессий, современные учебные задания должны иметь выраженный межпредметный и метапредметный характер и создавать условия для формирования универсальных учебных действий, пересекающихся с 4К компетенциями (критическое мышление, креативность, коммуникация, кооперация). Отметим, что задания на составление интеллект-карт и задания для мониторинга формирования ЕНГ, как современные динамично развивающиеся типы заданий, удовлетворяют этому требованию. Содержательное знание, отраженное в этих заданиях, носит межпредметный характер. Относительно усвоения видов и способов деятельности – процедурного знания – принято говорить о метапредметности обучения. Анализируя содержание практико-ориентированных заданий различного типа, авторы пришли к выводу, что «метапредность» как характерная особенность задания является понятием более широким, включающим в себя понятие «межпредметность».

Задания логического типа содержательно основаны на контекстах учебных ситуаций «Здоровье», «Природные ресурсы», «Окружающая среда», «Опасности и риски», «Связь науки и технологий». В то же время думаем, что контексты практико-ориентированных заданий следует подбирать исходя из планируемых личностных результатов примерной образовательной программы по физике [2]. В соответствии с ней эти контексты могут быть связаны с вопросами трудового и экологического воспитания обучающихся, идеей прикладной направленности образования, с необходимостью адаптации обучающихся к изменяющимся технологическим условиям окружающей действительности, совершенствованием опыта их исследовательской и проектной деятельности.

Для выполнения логических практико-ориентированных заданий обучающимся необходимы логические умения, основанные на операциях анализа, синтеза, сравнения, классификации и др. Эти умения отдельно выделены в новой примерной программе по физике для 7–9 классов как метапредметные результаты обучения [2]. В ходе выполнения экспериментальных заданий проявляются умения, связанные с выполнением расчетов, логическими рассуждениями, построением графиков. Тесная связь с математикой очевидна. При использовании компьютерной обработки экспериментальных данных и/или цифровых датчиков реализуется связь с информатикой. Конструкторские задания связаны с учебным предметом «Технология» и такими предметными результатами освоении данного учебного предмета, как чтение технологических карт сборки механизма, подбор материалов для конструирования.

Заключение

Описанная специфика практико-ориентированных заданий объясняет методику их применения: например, по элементам содержания такие задания нередко выходят за рамки школьного учебника физики, углубляя либо расширяя кругозор обучающихся; задания реализуются чаще всего в условиях запаздывающих либо опережающих преемственных связей; экспериментальные задания и задания на составление интеллект-карт не поддаются стандартизированной оценке (по жестко заданным критериям), предполагают экспертную оценку. Таким образом, к практико-ориентированным заданиям можно отнести задания, направленные на применение изученных физических понятий (явлений, величин, законов, свойств) в учебных контекстах и ситуациях, реальных жизненных ситуациях; задания на систематизацию и структуризацию изучаемого учебного материала в формате интеллект-карт, инфографик и др.; экспериментальные задания, в том числе конструкторские и исследовательские, с применением цифрового лабораторного оборудования. Критерием практико-ориентированности задания может служить метапредметность, определяющая его специфику – политехническую, межпредметную, логическую, экспериментальную. Практико-ориентированный подход в обучении физике представляет в некотором смысле альтернативу традиционному академическому подходу. Согласно принципу диалектического единства, оба подхода могут и должны существовать совместно. Их соотношение будет определяться уровнем и профилем обучения, познавательным интересом и мотивацией обучающихся, подготовкой учителя физики, наполнением образовательной среды, количеством учебного времени.