На правах рукописи

ШАМАЕВА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА

ФОРМИРОВАНИЕ ПОНЯТИЙ О СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМЫ

НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ

МЕДИЦИНСКОГО ВУЗА

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Челябинск - 2007

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор Даммер Манана Дмитриевна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Старченко Сергей Александрович МОУ «Лицей № 13» г. Троицка Челябинской области кандидат педагогических наук, доцент Потапова Марина Владимировна ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Курганский государственный университет»

Защита состоится 17 октября 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.295.02 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 69, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета

Автореферат разослан «» сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор педагогических наук В.С. Елагина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В задачи Федеральной целевой программы развития образования на 20062010 годы, являющейся организационной основой реализации государственной политики Российской Федерации в сфере образования, входит развитие системы непрерывного профессионального образования и повышение его качества. Одним из путей решения этих задач является совершенствование содержания и технологий образования, которые, в первую очередь, должны быть направлены на усиление интеграции образовательной деятельности с научной, формирование знаний и умений, позволяющих выпускнику высшего учебного заведения ориентироваться в современном богатом информационном пространстве и формировать свою индивидуальную образовательную траекторию для дальнейшего профессионального, карьерного и личностного роста.

На роль таких знаний могут претендовать метапредметные (методологические) знания, к числу которых относятся и понятия о структурных элементах системы научных знаний. Академиком А.В. Усовой были выделены следующие структурные элементы системы научных знаний:

научные факты, понятия (о структурных формах материи, о свойствах тел, вещества, полей, о явлениях, о величинах, количественно характеризующих свойства материи и явления, о приборах, о методах научного познания), законы, теории, научная картина мира. Ею же были определены требования к усвоению основных структурных элементов знаний, сформулированные в определенной логической последовательности, так называемые планы обобщенного характера. В работах А.В. Усовой и других исследователей (В.А. Беликова, М.Д. Даммер, С.А. Старченко и др.) было показано положительное влияние знаний о структурных элементах системы научных знаний на формирование одного из главных умений, необходимого для дальнейшего самообразования человека – умения самостоятельно работать с литературой.

Формирование понятий о методах научного познания при обучении физике в медицинском вузе позволяет осуществлять интеграцию образования с наукой уже при изучении дисциплин естественнонаучного цикла.

В работах методистов и дидактов выделены различные функции методологических знаний. В исследованиях Г.М. Голина, Л.Я. Зориной, Н.В. Кочергиной, В.Н. Мощанского, Ю.А. Саурова, Н.В. Шароновой показано, что методологические знания являются необходимым условием формирования научного мировоззрения учащихся. Г.М. Голин указывает на генерализующую, гуманитарную функции методологических знаний. С.А. Суровикина подчеркивает, что в процессе формирования структурных элементов системы научных знаний происходит формирование естественнонаучного мышления.

Л.Я. Зорина рассматривает методологические знания как средство достижения системности знаний и реализации принципа сознательности.

В рамках изучения физики в медицинском вузе понятия о структурных элементах системы научных знаний приобретают ряд специфических функций.

Предмет «физика» в данном вузе реализуется в курсе «Медицинская и биологическая физика», который включает в себя вопросы нескольких наук:

физики, биофизики и радиоэлектроники. В этих условиях понятия о структурных элементах системы научных знаний обеспечивают преемственность между отдельными разделами дисциплины, между вузовским курсом медицинской и биологической физики и школьным курсом физики, между курсом медицинской и биологической физики и другими дисциплинами медицинского вуза. Кроме того, данные понятия позволяют показать особенность биофизики как смежной науки, являющейся результатом интеграции фундаментальных наук; воспитать потребность у будущих врачей в осознанном применении методов диагностики и лечения.

';

В трудах психологов (Д.Н. Богоявленского, Г.А. Вайзер, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, Н.А. Менчинской, Н.Ф. Талызиной, и др.) и методистов (И.Л. Демидовой, В.В. Закотнова, З.И. Клименко, А.В. Петрова, Р.И. Рявкиной, А.И. Подольского, А.В. Усовой, В.А. Черкасова, и др.) выделены закономерности процесса формирования понятий: влияние донаучных представлений, существование определенных этапов, неразрывная связь с процессом применения, включение их в систему ранее изученных.

Методика формирования отдельных понятий о структурных элементах системы научных знаний рассмотрена исследователями в рамках решения различных проблем: организации самостоятельной работы учащихся (В.А. Беликов, З.А. Вологодская, А.В. Усова и др.); формирования научного мировоззрения и методологических знаний учащихся (Г.М. Голин, В.Ф. Ефименко, Н.М. Зверева, А.А. Касьян, Н.В. Кочергина, Н.В. Мощанский, Н.В. Шаронова и др.); формирования знаний о методах научного познания (Ю.Б. Альтшулер, С.Е. Каменецкий, В.В. Майер, А.А. Никитин, В.Г. Разумовский, Н.А. Солодухин и др.); систематизации знаний (М.Д. Даммер, А.Н. Звягин, Л.Я. Зорина, Р.И. Рявкина и др.); формирования естественнонаучного мышления (С.А. Суровикина и др.).

Анализ работ перечисленных авторов позволяет сделать вывод о том, что в настоящее время методика формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний сводится к включению в содержание обучения текстовой информации о данных понятиях, использованию планов обобщенного характера, решению экспериментальных задач, выполнению заданий по созданию моделей, заданий на нахождение в тексте структурных элементов системы научных знаний, но не учитывает закономерностей процесса формирования понятий, перечисленных выше. В практике обучения физике в медицинском вузе этот процесс носит стихийный характер.

Таким образом, возникает противоречие, связанное с тем, что, с одной стороны, формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний при изучении физики позволяет более полно реализовывать цели современного образовательного процесса в медицинском вузе, а с другой стороны, существующая методика формирования данных понятий не учитывает закономерности процесса формирования понятий и, вследствие этого, малоэффективна.

Необходимость разрешения данного противоречия обусловила актуальность исследования по проблеме формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний при обучении физике студентов вуза.

Тему исследования мы сформулировали следующим образом:

«Формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний при обучении физике студентов медицинского вуза».

Цель исследования: разработать методику формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний при обучении физике студентов медицинского вуза.

Объектом исследования является процесс обучения физике в медицинском вузе.

Предметом исследования являются структура и содержание процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний и методика его организации при обучении физике студентов медицинского вуза.

Изложенное выше позволило сформулировать гипотезу исследования.

Методика формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний будет способствовать повышению качества знаний студентов по физике в медицинском вузе, если:

1) определить дидактические цели процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, раскрыв дидактические функции данных понятий в курсе медицинской и биологической физики;

2) отобрать понятия о структурных элементах системы научных знаний и их содержание с учетом особенностей курса медицинской и биологической физики;

3) использовать систему самостоятельной работы, направленную на поэтапное формирование как предметных знаний, так и понятий о структурных элементах системы научных знаний;

4) разработать и реализовать условия эффективной организации процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний:

• согласование процессов формирования предметных знаний и понятий о структурных элементах системы научных знаний;

• определение требований к знаниям студентов медицинского вуза о каждом структурном элементе;

• выделение этапов формирования, «узловых точек» обогащения понятий о структурных элементах системы научных знаний;

• использование различных методов обучения с приоритетом самостоятельной работы студентов, сочетание текстовой информации с упражнениями для самостоятельной работы студентов.

В соответствии с целью и гипотезой определены задачи исследования:

1. Провести анализ современной литературы по психологии, педагогике, теории и методике обучения физике, методологии науки по проблеме формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний.

2. Определить дидактические функции понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики.

Отобрать понятия о структурных элементах системы научных знаний и их содержание с учетом особенностей курса медицинской и биологической физики.

3. Разработать требования к усвоению различных понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики.

4. Выделить этапы формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики.

Разработать систему самостоятельной работы, направленную на поэтапное формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний.

5. Провести педагогический эксперимент по проверке эффективности разработанной методики формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний.

6. Разработать методические пособия для студентов медицинского вуза, содержащие текстовую информацию о понятиях о структурных элементах системы научных знаний и систему заданий для самостоятельной работы.

Методологическую основу исследования составляют:

1) на философском уровне диалектика процесса познания (принципы:

восхождения от абстрактного к конкретному, единства логического и исторического, единства формы и содержания, дополнительности, противоречивости изучаемого объекта, его количественной и качественной определенности, взаимосвязи количественных и качественных изменений);

идеи единства материального мира, взаимосвязи и взаимообусловленности форм движения материи;

2) на общенаучном уровне системный и деятельностный подходы, сочетание однопланового анализа с многоаспектным (содержательным, процессуальным, личностно-мотивационным), принцип концептуального единства исследования;

3) на частнонаучном уровне принципы соотнесения сущего и должного, единства исследовательской и практической учебно-воспитательной работы, принцип цикличности в обучении физике; теории развивающего обучения, психологическая теория деятельности, теории формирования у учащихся научных понятий и учебных умений, теория самостоятельной деятельности.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

1) анализ философской, педагогической, психологической и методической литературы по проблеме исследования;

2) анализ учебных программ по медицинской и биологической физике и другим дисциплинам медицинского вуза с целью определения структурных элементов знаний курса и выделения содержания межпредметных знаний;

3) моделирование и проектирование учебного процесса по медицинской и биологической физике с использованием системы самостоятельной работы, направленной на формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний;

4) педагогический эксперимент во всех его формах: констатирующий, обучающий, контрольный (наблюдение, анкетирование, контрольные срезы);

5) метод поэлементного анализа работ студентов, проведенных во время педагогического эксперимента;

6) статистические методы обработки данных педагогического эксперимента.

Диссертационное исследование проводилось в несколько этапов.

На первом этапе (2001/02 учебный год) осуществлялось изучение и анализ философской, психолого-педагогической литературы по проблеме исследования, анализировалось содержание понятий о структурных элементах системы научных знаний, выделялись условия успешного формирования данных понятий. В этом же году был проведен констатирующий эксперимент.

На втором этапе (2002/03 учебный год) проводился анализ нормативных документов (Государственного образовательного стандарта, программ по медицинской и биологической физике и другим дисциплинам медицинского вуза) с целью выявления структурных элементов системы научных знаний по каждой теме курса и выявлению преемственных связей курса медицинской и биологической физики с другими дисциплинами медицинского вуза. Были выделены этапы формирования различных понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики и разработана система самостоятельной работы по нескольким темам курса, эффективность использования которой была проверена в ходе пробного эксперимента.

На третьем этапе (2003/04, 2004/05 учебные годы) была разработана система самостоятельной работы по другим темам курса медицинской и биологической физики и тесты для определения уровня сформированности знаний студентов. На данном этапе проводился систематический обучающий эксперимент по проверке гипотезы исследования.

На четвертом этапе (2005/06 учебный год) был осуществлен контрольный эксперимент, направленный на проверку результативности разработанной методики формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний.

Пятый этап (2006/2007 учебный год) был полностью посвящен анализу результатов контрольного эксперимента и оформлению диссертации.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработана методика формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, в частности: определены цели процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний;

отобраны понятия о структурных элементах системы научных знаний и их содержание с учетом особенностей курса медицинской и биологической физики; определены организационные формы, методы и средства обучения;

разработана система самостоятельной работы студентов.

2. Разработаны содержание и структура процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, в частности: выделены этапы их формирования, разработано их содержательное наполнение на материале курса медицинской и биологической физики.

3. Теоретически обоснованы и экспериментально проверены дидактические условия эффективности организации процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, включающие:

1) согласование процессов формирования предметных знаний и понятий о структурных элементах системы научных знаний, 2) соблюдение требований к уровню усвоения того или иного понятия, 3) определение этапов формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, 4) включение в материал курса медицинской и биологической физики текстовой информации о структурных элементах системы научных знаний, 5) использование самостоятельной работы студентов.

Теоретическая значимость исследования заключается:

- в уточнении объема и содержания понятия о структурных элементах системы научных знаний применительно к курсу медицинской и биологической физики, определении элементов системы научных знаний, представленных в данном курсе и специфики их содержания;

- в определении дидактических функций понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики;

- в разработке требований к системе самостоятельной работы, направленной на формирование предметных знаний курса медицинской и биологической физики и понятий о структурных элементах системы научных знаний.

Практическая значимость исследования заключается в том, что его выводы и рекомендации служат совершенствованию процесса обучения физике студентов медицинского вуза. Она определяется разработкой и апробацией учебного пособия, содержащего текстовую информацию о структурных элементах системы научных знаний; системы самостоятельной работы студентов, направленной на формирование предметных знаний курса медицинской и биологической физики и понятий о структурных элементах системы научных знаний, при проведении практических занятий по различным темам курса; видов упражнений для самостоятельной работы на различных этапах формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний (на сопоставление, на соответствие, на исключение лишнего понятия из предложенной совокупности, на выбор элементов из совокупности, на распределение по группам по какому-либо признаку).

Достоверность результатов исследования обусловлена глубиной методологического обоснования, использованием методов исследования, адекватных поставленной цели и задачам, единством теоретического и экспериментального методов исследования, проведением эксперимента в строго контролируемых условиях, привлечением к эксперименту квалифицированных преподавателей: доцента и старшего преподавателя кафедры медицинской и биологической физики Челябинской государственной медицинской академии (ЧелГМА), а также использованием различных методов обработки эмпирического материала, полученного во время эксперимента, применением методов математической статистики для обработки экспериментальных данных, глубоким качественным анализом результатов педагогического эксперимента, воспроизводимостью результатов в различные годы, на разных факультетах и у разных преподавателей.

Апробация результатов диссертационного исследования осуществлялась посредством публикаций результатов эксперимента, выступлений на заседаниях кафедры медицинской и биологической физики ЧелГМА, заседании цикловой методической комиссии естественнонаучных дисциплин ЧелГМА, методологических семинарах и заседаниях лаборатории «Молодой ученый» на базе кафедры теории и методики обучения физике ЧГПУ, участия в международных и всероссийских научно-практических конференциях, работы в качестве старшего преподавателя кафедры медицинской и биологической физики ЧелГМА.

Внедрение результатов исследования осуществлялось в образовательном процессе стоматологического, педиатрического, лечебного факультетов ЧелГМА.

По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе одна в сборнике, рекомендованном ВАК.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Необходимость формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики обусловлена их ролью в установлении преемственных связей между школьным курсом физики и вузовским курсом медицинской и биологической физики, между отдельными разделами, темами курса, между данным курсом и другими дисциплинами медицинского вуза; в развитии естественнонаучного мышления студентов, формировании их научного мировоззрения, воспитании у них потребности в осознанном применении методов диагностики и лечения.

2. Процесс формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний требует использования видов самостоятельной работы, различающихся по способу деятельности (самостоятельная работа с литературой, решение физических и биофизических задач, выполнение упражнений на сопоставление, на соответствие, на исключение лишнего понятия из предложенной совокупности, на выбор элементов из совокупности, на распределение по группам по какому-либо признаку) и по их роли в формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний (на выявление существенных признаков, на их уточнение, отграничение понятия от других, конкретизацию, систематизацию и классификацию).

3. Эффективность самостоятельной работы студентов при формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики обеспечивается системной организацией различных видов самостоятельной работы. Система отвечает определенным требованиям, отражающим особенности преподавания курса медицинской и биологической физики (направленность на профильные дисциплины, пробелы в знаниях студентов по школьному курсу физики, особенность структуры курса) и закономерности процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний (существование этапов, связь с процессом формирования предметных знаний).

4. Условиями эффективного формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики являются: 1) согласование процессов формирования предметных знаний и понятий о структурных элементах системы научных знаний, 2) соблюдение требований к уровню усвоения того или иного понятия, 3) определение этапов формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, 4) включение в материал курса медицинской и биологической физики текстовой информации о структурных элементах системы научных знаний, 5) использование самостоятельной работы студентов.

СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ИДЕИ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и библиографического списка, включающего 205 наименований. Общий объем диссертации 259 страниц. Основной текст диссертации составляет 211 страниц.

Работа включает 56 таблиц, 42 рисунка.

Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, определяются цель, объект, предмет исследования, формулируются гипотеза, задачи и методы исследования, его методологическая основа; раскрываются научная новизна, практическая и теоретическая значимость; описываются этапы исследования; формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Особенности содержания понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики» анализируется литература по методологии научного познания, по проблеме формирования методологических знаний.

Анализ программы и учебников по медицинской и биологической физике позволил выделить особенности данного курса, которые свидетельствуют о необходимости формирования у студентов методологических знаний:

• сложная структура (основу курса составляют вопросы физики, биофизики и электроники);

• медицинская направленность;

• методологическая направленность.

Существующие учебники по медицинской и биологической физике и биофизике, рекомендуемые для использования при изучении этого курса, не во всем отвечают требованиям, предъявляемым к современным вузовским учебникам. Лишь некоторые из них содержат какие-либо задания, контрольные вопросы. В учебниках практически не представлен блок методологических знаний, а следовательно, информации этих учебников недостаточно для формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний.

На основе анализа литературы по методологии научного познания (И.Д. Андреев, В.С. Готт, В.С. Швырев, А.А. Штофф, Э.Г. Юдин) и работ по проблеме формирования методологических знаний (Г.М. Голин, А.Н. Звягин, Л.Я. Зорина, Н.В. Кочергина, В.Н. Мощанский) можно определить место понятий о структурных элементах системы научных знаний в системе научных знаний. Данные понятия относятся к методологическим, под которыми мы понимаем понятия о научно-познавательной деятельности и ее продукте (научном знании). В свою очередь, методологические понятия являются одним из структурных элементов методологических знаний.

Понятия о структурных элементах системы научных знаний применительно к курсу медицинской и биологической физики наполняются новыми элементами содержания. Они обогащаются, конкретизируются, усложняются при изучении данного курса за счет применения их при рассмотрении явлений и процессов, протекающих в живых организмах, моделей биологических тканей и органов. Материал курса позволяет сформировать понятия как об общенаучных методах исследования (эксперимент, измерение, моделирование), так и о некоторых специальных методах медицины.

Методика формирования методологических знаний в курсе физики в средней и высшей школе рассматривается в работах Г.М. Голина, М.Д. Даммер, Л.Я. Зориной, С.Е. Каменецкого, Н.В Кочергиной, В.Н. Мощанского, А.А. Никитина, Н.А. Солодухина, С.А. Суровикиной.

методологические знания, в том числе и понятия о структурных элементах системы научных знаний, включая текстовую информацию о них в канву предметного материала. Большая роль в формировании этих знаний отводится планам обобщенного характера. Лишь некоторые авторы предлагают использовать специальные упражнения, в основном при формировании понятий о методах научного исследования (экспериментальные задачи, задания по созданию моделей и др.), задания на разграничение многозначных терминов, на усвоение логических характеристик понятий, но данные упражнения не организованы в систему и не учитывают закономерностей процесса формирования понятий.

Во второй главе «Содержание и структура процесса формирования понятий об элементах системы научных знаний при изучении медицинской и биологической физики» выделены и обоснованы дидактические функции понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики, определены условия успешного формирования этих понятий в данном курсе, структура процесса их формирования, описывается система самостоятельной работы студентов на различных этапах формирования понятий.

Дидактические функции понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики можно разбить на три группы: обучения, развития и воспитания. Функции, относящиеся к каждой группе, схематически изображены на рисунке 1.

Поясним некоторые из функций более подробно.

В курс медицинской и биологической физики входит большое количество вопросов из биофизики. Понятия о структурных элементах системы научных знаний позволяют продемонстрировать студентам особенности биофизики как промежуточной науки, появившейся в результате интеграции наук. Например, при формировании конкретных видов понятий (о явлении, о свойстве, о величине) мы можем показать, что различные физические явления протекают и в организме человека (например, генерация и распространение потенциала действия по нервному волокну объясняется возникновением электрических токов), что мембраны клеток, ткани организма обладают многими физическими свойствами (электроемкость, электропроводность, теплоемкость, вязкость), что физические величины могут применяться и при описании организма, некоторые биологические процессы описываются физическими законами, что биофизические теории являются результатом синтеза понятий и законов различных наук. Таким образом, многие физические понятия обогащаются, конкретизируются в биофизике.

Дидактические функции понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики 1. Демонстрация особенностей 1. Развитие естест- 1. Формирование научбиофизики как смежной науки, веннонаучного ного мировоззрения.

являющейся результатом про- мышления. 2. Воспитание потребцесса интеграции наук. 2. Формирование науч- ности в осознанном 2. Генерализующая функция. ного стиля мышления. применении методов 3. Обеспечение преемственнос- 3. Развитие логической лечения и диагностики 4. Систематизирующая функция.

5. Повышение прочности знаний.

6. Повышение уровня осознанности знаний.

7. Формирование умения самосРис.1. Дидактические функции понятий о тоятельно работать с литератуструктурных элементах системы научных знаний в рой, проводить измерения Необходимо показать студентам, что некоторые методы биофизики заимствованы из физики. Например, метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), люминесцентный анализ используются в биофизике для исследования строения и функций биологических мембран. Особенность объекта исследования биофизики (живой организм) приводит к изменению некоторых методов физики. Например, обычные электроды не подходили для измерения биопотенциалов из-за малого диаметра аксона, поэтому были разработаны микроэлектроды и микроэлектродный метод измерения биопотенциалов.

Другой важной функцией понятий о структурных элементах системы научных знаний является, на наш взгляд, генерализующая функция. Программа курса содержит большое количество вопросов, несоизмеримое со временем, отводимым на их изучение. Понятия о структурных элементах системы научных знаний могут служить теми элементами (единицами) знаний, вокруг которых концентрируются все остальные знания. Это обусловлено с одой стороны тем, что эти понятия взаимосвязаны: научные факты устанавливаются в результате проведения эксперимента, на основе анализа научных фактов вводят новые понятия, законы выражают связи между понятиями и т.д. С другой стороны, знания о каждом структурном элементе системы научных знаний, представленные в виде обобщенных планов, позволяют быстро усвоить предметные знания.

Одной из основных функций понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики является обеспечение преемственности.

Преемственность между школьным курсом физики и вузовским курсом медицинской и биологической физики обеспечивается установлением связей за счет развития, изменения самих методологических понятий, некоторых физических понятий и законов, общеучебных умений. В этом курсе продолжается формирование понятий о структурных элементах знаний, в содержание некоторых из этих понятий включаются дополнительные признаки, увеличивается объем понятий за счет изучения биофизических понятий, законов теорий. Кроме этого происходит качественное изменение и понятий о методах физического исследования (наблюдении, эксперименте, моделировании), обусловленное рассмотрением особенностей применения этих методов в биофизике, медицине. Изучение понятий о методах диагностики и лечения способствует обогащению и самих физических понятий, введенных в школьном курсе физики (резонанс, постоянный ток, переменный ток и др.), так как рассматриваются дополнительные области применения физических явлений на практике.

Формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики способствует также реализации преемственности между отдельными разделами, темами курса.

Курс медицинской и биологической физики условно можно разделить на три части: медицинская электроника, элементы биофизики, разделы прикладной физики, необходимые для решения медицинских задач. В основе структурирования материала в каждой из этих частей лежит свой принцип.

Вопросы трех различных наук, безусловно, взаимосвязаны между собой, но имеют разный предмет и разный статус в классификации наук (физика является фундаментальной наукой, а биофизика – промежуточной, радиоэлектроника – прикладная наука). Таким образом, возникает необходимость в выделении элементов содержания, которые могут быть взяты за основу структурирования всего материала курса медицинской и биологической физики, за счет которых будет осуществляться связь между отдельными разделами данного курса, и разрозненные знания различных разделов будут организованы в систему.

Такими элементами могут быть, на наш взгляд, понятия о структурных элементах системы научных знаний, именно эти понятия сохраняются на протяжении всего курса медицинской и биологической физики.

Формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний являются одним из условий реализации принципа преемственности между курсом медицинской и биологической физики и другими дисциплинами медицинского вуза, так как в содержании этих дисциплин можно выделить те же структурные элементы знаний, при изучении этих дисциплин студенты используют общенаучные и частные методы исследования, изученные ими в курсе медицинской и биологической физики.

В концепции модернизации российского образования на период до года, в новых документах по образованию все более широкое распространение приобретает компетентностный подход в обучении. Рассмотрим влияние понятий о структурных элементах системы научных на формирование ключевых компетенций, т.е. тех, которые необходимы для любой профессиональной деятельности.

Знания о научных понятиях, их видах, научном законе, научной теории, естественнонаучной картине мира способствуют лучшему осознанию материала, формированию умения самостоятельно работать с источниками информации, развитию естественнонаучного мышления и логической памяти, что, в конечном счете, способствует развитию таких ключевых компетенций, как компетенций самосовершенствования, саморазвития, самообразования, информационных компетенций, компетенций познавательной деятельности (по классификации И.Я.Зимней). Важное значение для формирования ключевых компетенций имеют виды заданий, которые используются для формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний.

Проведенный анализ психолого-педагогической литературы (Д.Н. Богоявленский, Г.А. Вайзер, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, Н.А. Менчинская, А.И. Подольский, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова) позволил выделить условия успешного формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики.

1. Знание преподавателем содержания и значения данного понятия о структурном элементе знаний в современной науке.

2. Определение «верхней границы» в усвоении содержания понятия о структурных элементах системы научных знаний (что должен знать студент о конкретном методологическом понятии к концу изучения курса медицинской и биологической физики).

3. Выяснение и учет при разработке методики формирования методологических понятий «довузовских» представлений студентов, т.е. таких, которые были получены ими в процессе изучения школьных предметов, из литературы и других источников информации.

4. Неразрывность связи процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний с процессом их применения, т.е.

формирование данных понятий должно проходить при формировании предметных знаний.

5. Выделение этапов формирования понятий, «узловых точек» обогащения понятий.

6. Сочетание изучения текстовой информации о структурных элементах системы научных знаний с самостоятельной работой, направленной на усвоение существенных признаков этих понятий.

7. Использование обобщенных планов изучения различных структурных элементов знаний.

8. Использование различных методов обучения с приоритетом самостоятельной работы студентов. Разработка системы самостоятельных работ, направленной на формирование понятий о структурных элементах системы научных знаний.

9. Включение понятий о структурных элементах системы научных знаний в систему методологических знаний.

Таким образом, закономерности процесса формирования научных понятий должны учитываться в процессе формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний. В то же время процесс формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний имеет свои особенности, обусловленные тем, что они являются понятиями более высокого уровня общности:

1. Процесс их формирования неразрывно связан с процессом формирования предметных знаний, понятия о структурных элементах системы научных знаний развиваются одновременно с развитием физических понятий. Если при формировании физических понятий первичное знакомство с понятием, выявление общих существенных признаков класса объектов осуществляется в основном за счет чувственно-конкретного восприятия (наблюдение, просмотр передач, учебных фильмов), то при формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний за счет самостоятельной работы с учебными пособиями, при анализе, сравнении конкретных физических понятий, законов, теорий.

2. Школьный курс физики структурирован в соответствии с физическими формами движения материи. Структурные элементы системы научных знаний, изучаемые в одной определенной теме курса, весьма однородны. Так, например, при изучении тепловых явлений рассматриваются величины, характеризующие тепловые явления, тепловые свойства тел и др. Поэтому этапы формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний можно соотнести с темами и разделами курса. В этом отношении эти понятия схожи с фундаментальными естественнонаучными понятиями.

Например, этапы формирования понятия энергии тоже соотносится с разделами курса физики, так как каждая форма движения материи характеризуется определенным видом энергии.

Курс медицинской и биологической физики структурирован несколько другим способом. Однако, можно с уверенностью сказать, что здесь тоже этапы формирования понятий об отдельных элементах системы научных знаний соотносятся с темами и разделами курса.

3. Понятия курса медицинской и биологической физики в отношении к понятиям о структурных элементах системы научных знаний, в зависимости от этапа формирования последних, реализуют различные функции. На этапах выявления существенных признаков, их уточнения, обогащения, составления планов обобщенного характера они являются основой для обобщения. При установлении связей вновь введенного понятия с другими понятиями о структурных элементах знаний, его применении; на этапе классификации предметные знания используются для иллюстрации и конкретизации понятий о структурных элементах знаний.

Одним из условий успешного формирования понятий является определение требований к их усвоению. Например, усвоение студентами понятия «научный закон» предполагает, что студент к окончанию курса медицинской и биологической физики:

• понимает, что законы науки есть отражение законов природы;

• понимает, что законы природы есть форма выражения общей, внутренней, необходимой, повторяющейся связи между явлениями или свойствами объектов природы;

• понимает, что действие закона всегда проявляется при наличии определенных условий, т.е. существуют границы применимости закона;

• знает и может применить при работе с литературой обобщенный план изучения закона;

• знает законы, изучаемые в курсе медицинской и биологической физики, указывает их границы применимости;

• может применить законы для решения биофизических задач, при построении математических моделей;

• знает основные типы классификаций научных законов, может привести примеры законов различного типа;

• понимает место закона в научной системе знаний.

Процесс формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний включает в себя несколько этапов. Он начинается с выделения существенных признаков понятия, которое осуществляется при самостоятельной работе студентов со специально разработанными текстами и при анализе предметных знаний, изучаемых в рамках конкретной темы курса медицинской и биологической физики. Затем происходит уточнение и закрепление существенных признаков, в основном при выполнении упражнений (на выбор элементов из совокупности, на соответствие, на сопоставление и др.); обогащение понятия за счет рассмотрения пунктов плана обобщенного характера, сформулированных к конкретным понятиям, законам темы. Следующий этап включает обобщение признаков понятия и составление плана обобщенного характера. Этап установления связей между понятиями предполагает определение места конкретного понятия в структуре научной теории. Новое понятие студенты применяют при решении задач, выполнении упражнений, составлении системных рассказов. В процессе формирования понятий студенты знакомятся с классификацией структурных элементов системы научных знаний по различным основаниям.

Приведем фрагмент таблицы 1, отражающей этапы формирования понятия «научный закон» в курсе медицинской и биологической физики.

Использование самостоятельной работы при формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний является необходимым условием формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний.

Самостоятельную работу следует рассматривать как метод обучения, где деятельность преподавателя состоит в мотивации деятельности студентов, формулировании цели, отборе материала для самостоятельной работы, разработке методического обеспечения (разработке системы заданий, рекомендаций), своевременном консультировании и контроле. Деятельность студентов состоит в принятии цели или самостоятельном ее определении, выполнении заданий, самоконтроле. При этом самостоятельная работа может осуществляться в любой форме: индивидуальной, групповой, фронтальной.

Нельзя отнести самостоятельную работу к организационным формам обучения, потому что самостоятельная работа студентов может и должна использоваться и на лекциях, и на семинарских занятиях, и при выполнении лабораторных работ и в свободное от занятий время. В первом случае самостоятельная работа является аудиторной, во втором внеаудиторной.

Значение системы заданий для самостоятельной работы (упражнений) при решении различных дидактических задач рассмотрено в работах Н.Я. Бельской, В.Г. Кисель, Г.А. Монаховой, А.Е. Орла, Е.В. Оспенниковой, А.В. Усовой, В.А. Черкасова. Система самостоятельной работы, направленная на совместное формирование предметных знаний и понятий о структурных элементах системы научных знаний по курсу медицинской и биологической физики, должна отвечать определенным требованиям:

1. Система должна содержать различные виды самостоятельной работы по основному виду и способу деятельности, по особенностям познавательной деятельности и степени самостоятельности, по роли в формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний.

2. Система должна содержать задания как для внеаудиторной, так и для аудиторной самостоятельной работы студентов.

3. Система должна включать задания на устранение пробелов знаний студентов по школьному курсу физики.

4. Задания должны быть составлены таким образом, чтобы их выполнение способствовало не только усвоению предметных знаний, но и усвоению понятий о структурных элементах системы научных знаний.

5. В системе самостоятельной работы должно быть достаточное количество заданий на каждое понятие о структурном элементе системы научных знаний, которое формируется в рамках данной темы курса.

6. В систему должны входить задания, позволяющие показать значение изучаемых в курсе физики знаний для других дисциплин вуза и для профессии врача.

Этапы формирования понятия «научный закон» в курсе медицинской и биологической физики Выявление общих Анализ законов темы (уравнений различных колебаний). Выделение Механические колебания и существенных существенных признаков понятия «закон»: показывает связь между волны признаков понятия явлениями (величинами), которая является общей (т.е. она характерна Уточнение и Выделение одного из несущественных признаков: наличия Акустика закрепление математического выражения (существуют законы качественные и существенных количественные, кроме того, математическое выражение кроме связи Механические свойства признаков между величинами, может также выражать способ определения тканей организма Обогащение понятия Рассмотрение обобщенного плана изучения законов, Биофизика системы Классификация Рассмотрение классификации законов по области действия (законы Транспорт веществ через законов по области более узкие и широкие): закон Нернста-Планка является более широким, биологические мембраны Установление связей Определение места понятия «закон» в структуре научной теории Виды самостоятельной работы по медицинской и биологической физике, направленные на формирование понятий о Выполнение упражнений • Свойство – величина, количественно характеризующая данное 7. В систему должны входить задания, позволяющие осуществить систематизацию как предметных знаний, так и знаний о структурных элементах системы научных знаний. В конце изучения каждой темы курса необходимо выделять, какие структурные элементы знаний были изучены в новой теме.

8. Система должна включать задания, позволяющие установить связи между различными темами и разделами курса, связи между различными структурными элементами научных знаний.

9. Организация заданий в систему должна отвечать требованиям:

• от простых заданий к более сложным;

• соответствия этапам формирования различных понятий о структурных элементах системы научных знаний;

• соответствия логике научного познания.

Виды самостоятельной работы, которые могут быть использованы при формировании практически любого понятия о структурных элементах системы научных знаний, обобщены нами в таблице 2.

В третьей главе «Педагогический эксперимент по проверке эффективности методики формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики» рассматриваются задачи, содержание и организация педагогического эксперимента, критерии оценки эффективности разработанной методики, различные этапы педагогического эксперимента (констатирующий, пробный, обучающий и контрольный) и его результаты.

стоматологического, лечебного и педиатрического факультетов Челябинской государственной медицинской академии (ЧелГМА).

Анализ работ, выполненных студентами в ходе констатирующего эксперимента, позволил сделать вывод о низком уровне усвоения, как предметных знаний школьного курса физики, так и понятий о структурных элементах системы научных знаний. Уровень усвоения большинства понятий о структурных элементах системы научных знаний соответствует первому уровню усвоения понятий (по А.В. Усовой), который характеризуется «диффузнорассеянным» представлением о структурных элементах знаний. Проведенное в ходе данного этапа эксперимента анкетирование позволило выделить причины затруднений, которые испытывают студенты при усвоении курса медицинской и биологической физики. К ним относится большой объем материала, который необходимо усвоить, большое количество материала, отводимого на самостоятельное изучение. Все это свидетельствует о необходимости формирования у студентов медицинских вузов понятий о структурных элементах системы научных знаний.

В ходе пробного эксперимента применялся перекрестный метод оценки эффективности применения системы самостоятельной работы понятий. Этот метод позволил исключить влияние состава обучаемых на результаты эксперимента. В качестве количественного показателя эффективности применяемой методики использовался коэффициент полноты усвоения элементов знаний (К). Полученные результаты доказали положительный эффект использования системы самостоятельной работы при проведении практических занятий по медицинской и биологической физике, который не зависит от состава групп (табл.3).

Механические колебания Экспериментальная Контрольная Рентгеновское излучение Контрольная Экспериментальная Контрольный эксперимент, который осуществлялся на педиатрическом факультете ЧелгМА, подтвердил результаты (рис. 2, 5), полученные в ходе пробного и обучающего экспериментов. Кроме определения коэффициента полноты усвоения знаний на данном этапе было произведено распределение студентов по уровням усвоения знаний (рис. 3).

Значимость результатов, полученных в ходе контрольного эксперимента, была доказана при помощи статистических критериев Вилкоксона-Манна-Уитни и 2 (хи-квадрат). Кроме того, в ходе контрольного эксперимента было показано положительное влияние методики формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний на такие показатели качества знаний, как системность, действенность, прочность знаний (рис. 4).

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

1. Направленность государственной политики в сфере образования на осуществление интеграции образования и науки, формирование духовно богатой личности, способной к рефлексии, самообразованию, саморазвитию обуславливает необходимость формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, которые способствуют осознанному усвоению знаний, развитию естественнонаучного мышления, логической памяти, формированию умения самостоятельно работать с источниками информации.

2. Проблема формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний остается актуальной, так как существующая методика формирования методологических знаний, в том числе понятий о структурных элементах системы научных знаний не учитывает закономерностей процесса их формирования (существование определенных этапов, неразрывная связь с процессом применения, включение понятий в систему ранее изученных). Кроме того, блок методологических знаний практически не представлен и в учебниках по медицинской и биологической физике.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Коэффициент полноты Рис. 2. Динамика качества знаний по темам курса физики на этапе 3 Акустика, 4 Оптика; 5 Биореология; 6 Гемодинамика;

7 Биологические мембраны; 8 Электрография

I II III IV

Рис. 3. Распределение студентов по уровням усвоения знаний (тема «Биологические мембраны. Транспорт веществ через 3. Понятия о структурных элементах системы научных знаний выполняют в курсе медицинской и биологической физики функции обучения (генерализующая, систематизирующая, обеспечение преемственности в обучении), развития (естественнонаучного мышления, логической памяти, научного стиля мышления), воспитания (потребности в осознанном применении методов диагностики и лечения, формирование научного мировоззрения).

4. Содержание курса медицинской и биологической физики позволяет формировать большинство понятий о структурных элементах системы научных знаний, они конкретизируются, обогащаются при изучении данного курса.

5. Условиями эффективной организации процесса формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний являются: 1) согласование процессов формирования предметных знаний и понятий о структурных элементах системы научных знаний, 2) соблюдение требований к уровню усвоения того или иного понятия, 3) определение этапов формирования понятий о структурных элементах системы научных знаний, 4) включение в материал курса медицинской и биологической физики текстовой информации о структурных элементах системы научных знаний, 5) использование самостоятельной работы студентов.

6. Система самостоятельной работы, включающая различные виды самостоятельной деятельности студентов, способствует повышению эффективности процесса формировании понятий о структурных элементах системы научных знаний в курсе медицинской и биологической физики и отвечает определенным требованиям, которые отражают особенности методики преподавания данного курса в медицинском вузе.

7. Педагогический эксперимент подтвердил выдвинутую в работе гипотезу.

Анализ результатов эксперимента показал, что разработанная методика способствует повышению уровня усвоения как понятий о структурных элементах системы научных знаний, так и знаний по курсу медицинской и биологической физики, оказывает положительное влияние на такие показатели качества знаний как системность, действенность, прочность знаний, что говорит об эффективности разработанной методики.

Результаты исследовательской работы могут быть использованы при преподавании курсов физики или биофизики в других вузах (ветеринарных, педагогических), образовательный стандарт которых включает данную дисциплину. Диссертационное исследование имеет несколько перспективных направлений для дальнейшей работы, одно из них – разработка методики формирования системы методологических знаний в курсе медицинской и биологической физики, диагностического аппарата по оценке уровня сформированности методологических знаний студентов.

По теме исследования опубликованы следующие работы:

1. Спешилова, Т.Н. (Шамаева Т.Н.) Особенности методики формирования физических понятий на начальном этапе их изучения / Т.Н. Шамаева // Вестник ЧГПУ. Серия 2, Педагогика. Психология. Методика преподавания. – Челябинск:

Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, – 2001. – С. 171–181.

пропедевтического курса физики 5 6 классов / Т.Н. Спешилова // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов:

тезисы докладов республиканской VIII научно-практической конференции, 14 – 16 мая 2001 г. – Челябинск: Изд-во ЧГПУ, – 2001. – Ч. II. – С. 52–53.

3. Спешилова, Т.Н. (Шамаева Т.Н.) Исследование роли процесса восприятия при физическом моделировании / Т.Н. Спешилова, М.Г. Ковтунович // Психологопедагогические исследования в системе образования: тезисы докладов межрегиональной научно-практической конференции, 21 22 мая 2001 г. – Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, – 2001. – С. 97–99.

4. Спешилова, Т.Н. (Шамаева Т.Н.) Особенности организации когнитивного опыта в процессе моделирования явлений и объектов (на примере биофизики) / Т.Н. Шамаева // Материалы II Российской межрегиональной конференции «Психолого-педагогические исследования в системе образования», состоявшейся 16 18 мая 2002 года в Чел. гос. пед. ун-те. – М.: Изд-во МПСИ, – 2002. – Ч. 2. – С. 97–103.

5. Спешилова, Т.Н. (Шамаева Т.Н.) Физические модели в биофизике / Т.Н. Спешилова // Материалы конференции по итогам научно-исследовательских работ аспирантов и соискателей ЧГПУ за 2001 год. – Челябинск: Изд-во Челяб.

гос. пед. ун-та, – 2002. – Ч. I. – С. 82–87.

6. Спешилова, Т.Н..(Шамаева Т.Н.) Формирование физических понятий в курсе медицинской и биологической физики / Т.Н. Спешилова // Материалы конференции по итогам научно-исследовательских работ преподавателей и научных сотрудников ЧГПУ за 2002 год. – Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. унта, – 2003. – С. 151–154.

7. Спешилова, Т.Н. (Шамаева Т.Н.) Особенности методики формирования физических понятий в курсе медицинской и биологической физики / Т.Н. Спешилова // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: тезисы докладов X Всероссийской науч.практической конф., 19 20 мая 2003 г. – Челябинск: Изд-во ЧГПУ, – 2003. – Ч. II. – С. 73 75.

8. Шамаева, Т.Н. Методика формирования понятия «звук» в курсе медицинской и биологической физики / Т.Н. Шамаева // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: материалы XI Всероссийской науч.-практической конфи. – Челябинск: Изд-во ЧГПУ, – 2004.

– Ч. I. – С. 147–151.

9. Шамаева, Т.Н. Реализация межпредметных связей медицинской и биологической физики с другими фундаментальными и клиническими дисциплинами медицинского вуза / Т.Н. Шамаева, В.М. Блинов // Новые технологии в преподавании фундаментальных и клинических дисциплин в медицинском вузе: материалы всероссийской учебно-методической конференции, посвящённой 60-летнему юбилею ГОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия. Министерства здравоохранения Российской Федерации».

– Челябинск: Изд-во «Челябинская государственная медицинская академия», – 2004. – С. 7–8.

10. Шамаева, Т.Н. Методика формирования понятия «научный закон» в курсе медицинской и биологической физики / Т.Н. Шамаева // Вестник Челяб. гос. пед.

ун-та. Серия 2, Педагогика. Психология. Методика преподавания. – Челябинск:

Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, – 2005 – № 13. – С. 200–206.

11. Шамаева, Т.Н. Дидактические функции методологических понятий в курсе медицинской и биологической физики / Т.Н. Шамаева //Методология и методика формирования научных понятий учащихся школ и студентов вузов: материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф., 15-16 мая, 2006 г., Челябинск. – Челябинск:

Изд-во ИИУМЦ «Образование», – 2006. – Ч. 2. – С. 167–171.

12. Шамаева, Т.Н. Методы научного исследования в биофизике / Т.Н. Шамаева // Методика вузовского преподавания: материалы 7-й межвузовской научнопрактической конференции, 28 фев. 1 марта 2006 г. – Челябинск: РЕКПОЛ, – 2006. – Ч. I,– С. 272–276.

13. Шамаева, Т.Н. Методика формирования понятия «научный закон» в курсе медицинской и биологической физики / Т.Н. Шамаева // Теоретикометодологические основы совершенствования естественнонаучного и технологического образования в школе и педвузе: материалы международной науч.-практической конф., 13 14 сентября 2006 г., Челябинск. – Челябинск: Издво ИИУМЦ «Образование», – 2006. – С. 186–190.