Использование инновационных подходов к проведению уроков физики в общеобразовательном учебном заведении

Использование передовых и инновационных педагогических технологий в процессе преподавания физики является основополагающим элементом, который неизбежно ведет к активизации внутренней мотивации и формированию неподдельной заинтересованности у каждого учащегося в освоении учебного материала. Такой подход стимулирует существенное возрастание познавательной активности, побуждая к самостоятельному поиску знаний и глубокому осмыслению физических явлений.

Физика – единственная фундаментальная наука среди естественных наук (астрономия, химия, биология, география), способная сформировать современное мировоззрение и научный стиль мышления человека. Именно физика имеет дело со сложными процессами, элементарными объектами, многообразными явлениями и вселенной природой, где удалось создать соответствующие реальности, строго точные понятия, построить идеальные модели, сформировать принципы и количественные законы, разработать теории. На базе физики может организовано рассмотрение комплексных проблем, способствующих развитию умений и навыков самостоятельной исследовательской деятельности обучающихся [9, с. 112].

Изменение содержания курса физики требует большой системной научно-исследовательской работы в области частной методики обучения физике с учетом выявленных в современных педагогических исследованиях основных тенденций развития представлений о содержании школьного образования. В частности, в настоящее время происходит переход от понимания содержания образования как системы предметного знания основ наук к пониманию его как целостной системы взаимосвязанных различных видов знаний (информационных, процедурных, оценочных, рефлексивных), характеризующих общественный и личностный опыт. Использование именно инновационных подходов к проведению уроков физики обеспечивает заинтересованность каждого ученика в учебном процессе, способствует повышению познавательной активности, творческой деятельности учащихся, развивает их мышление и интеллект.

В настоящее время остро стоит вопрос о поисках направлений совершенствования подготовки высокообразованной, интеллектуально развитой личности. Современное производство с высоким уровнем механизации все более требует инженерно-технических знаний, высокого уровня развития мышления, творческих способностей. Начинать развивать эти качества важно начинать в период обучения в школе, когда формируется личность с ее взглядами, убеждениями, знаниями и способностями [17, с. 99-101]. Одной из приоритетных задач при организации познавательной активности учащихся является создание оптимальных условий для привлечения их к самостоятельной творческой, учебно-исследовательской, опытно-конструкторской работе в интересах пополнения научного потенциала обучающихся.

Физика – это один из фундаментальных предметов, преподаваемых в школе. Однако практика показывает, что большой процент учащихся не понимает важность и многогранность этого предмета, у обучающихся складывается ошибочное мнение, что это сложный, непонятный и неинтересный предмет. Чтобы привлечь внимание обучающихся к качественному изучению физики, необходимо прибегать к нетрадиционным форматам ведения урока, которые смогут предоставить наглядное и практическое обоснования по каждой теме. Тогда обучающиеся поймут, что физика – это «мир вокруг нас», это интересные опыты и явления, а не сложные формулы в учебнике.

Ученые выделяют следующие факторы, влияющие на формирование и развитие познавательных интересов [1, с. 102]: содержание учебного материала; процесс обучения; личность преподавателя. В процессе обучения физике педагоги стараются сформировать у обучающихся «физическое мышление». Различают следующие его особенности [4]: предметную направленность при непосредственной экспериментальной деятельности или моделировании, связанном с задействованием механизмов абстрагирования и воображения; умение видеть общее в частных проявлениях физических законов; способность к концептуальному прогнозированию и физической оценке степени выраженности эффекта или возможности его наблюдения. При этом когнитивные процессы являются обеспечивающей основой предметно-содержательных аспектов обучения и определяют интеллектуальную адаптацию будущих членов социума для профессиональной деятельности [2, с. 621].

Сегодня в распоряжении практически каждого педагога общеобразовательного учебного заведения появились новые технические средства обучения, такие как компьютер с доступом к высокоскоростному Интернету, интерактивная доска, мультимедийный проектор, веб-камеры, цифровые микроскопы и т. п. Современному учителю физики доступны разнообразные коллекции видеороликов, созданные разными фирмами («1С» – «Дрофа», «Физикон», «Кирилл и Мефодий») и коллективами ученых ведущих вузов [18, с. 5; 19, с. 4; 20, с. 3]. Огромное количество видеозаписей физических экспериментов размещены на каналах различных сайтов в сети Интернет [3, с. 141-145; 10, с. 174-180] и готовых презентациях к урокам физики. В процессе проведения домашних экспериментов и выполнения проектов обучающиеся делают фотографии экспериментальных установок и видеозаписи физических исследований.

В процессе обучения учащихся физике приходится обучать способам получения знаний, уделять внимание всем формам анализа – учебным текстам, графикам, таблицам, чертежам, формулам и т. д. При этом одной из наиболее важных и трудных задач является работа с формулами, при работе с которыми ребята производят преобразование информации из символьной формы в словесную и наоборот. Например, для получения информации из готовой формулы необходимо произвести ее анализ, который может состоять, например, из ответов на поставленные вопросы [16, с. 143-146]: Как называется формула? Какие физические величины она связывает? Какой вид математической зависимости? Какой физический смысл представленной закономерности? Есть ли в формуле постоянные коэффициенты? Каков физический смысл постоянных коэффициентов? Какие производные формулы можно получить? Границы применимости формулы? 

При решении задач по физике требуется из формулы выразить неизвестную величину, следующим шагом необходимо подставить численные значения и получить ответ. Обучающимся важно объяснить, что лучше не решать физическую задачу по шагам: найти из одной формулы значение физической величины, затем подставлять ее во вторую формулу. Важно научить ребят выражать из формулы необходимую физическую величину и преобразовывать формулы. 

Исходные экспериментальные факты – наиболее устойчивая часть научных знаний. Более изменчива интерпретация фактов, ведущая к формулировке гипотезы. Модельные гипотезы наиболее подвержены изменениям: в силу своей абстрактности модели объектов и явлений остаются верными лишь до тех пор, пока не проявляется значимость свойств, которыми пренебрегли при моделировании как несущественными. Модель изучаемого объекта выступает первоначально как догадка [6, с. 181-182].

Верно, сформулированная гипотеза обладает огромной эвристической силой, её логическое развитие открывает путь к теоретическому предвидению, однако и гипотеза, и вытекающие из нее следствия требуют экспериментальной проверки. Как положительный, так и отрицательный результаты эксперимента имеют для науки равное по ценности значения.

Успешный эксперимент или внедрение в практику, сделанное на основе теории, означает правильность теории. Все это пополняет совокупность фактов, лежащих в ее основе. Отрицательный результат корректно поставленного эксперимента приводит к пересмотру существующей и создания новой теории, следующего цикла познания [6, с. 181-182].

Существует необходимость формирования и учащихся представления о процессе естественнонаучного познания в целом это означает показ цикличности развития научного познания от анализа совокупности исходных фактов и постановки проблемы к гипотезе, от гипотезы к теоретическим выводам, от выводов к их интерпретации, экспериментальной проверке и практическому применению по схеме: исходные факты – модель теорий – следствия – проверяющий эксперимент [12, с. 39-48].

Важную роль в исследуемом вопросе играют проектные методы обучения, активизирующие учебный процесс, развивающие творческое мышление и самостоятельность учащихся, позволяя им применить теоретические знания на практике. Так, первый этап внедрения проектных методов обучения в физику – это создание проектов учащимися. Проект может быть посвящен различным аспектам физики – от изучения определенного явления или закона до разработки и проведения экспериментов. Обучающиеся могут самостоятельно выбирать тему проекта и определять методы исследования, например, проектом может быть исследование акустических свойств материалов или создание модели маятника для изучения основ законов механики [21, с. 6-7].

Важным аспектом проектных методов является коллективная работа (работа в группе), способствующая развитию коммуникативных навыков, способности к совместной деятельности и распределению обязанностей. Каждый участник группы может внести свой вклад в проект, обогатив его новыми идеями и подходами. Знания приобретаются и проявляются только в деятельности на этапах восприятия, осмысления, запоминания, применения, обобщения и систематизации новых знаний и способов деятельности [13, с. 350-352]. 

Одним из наиболее эффективных методов реализации деятельностного подхода при обучении физике является метод проектов.

Согласимся с мнением, что проектная деятельность является практическим целенаправленным действием и открывает возможности формирования собственного жизненного опыта ребенка по взаимодействию с окружающим миром; актуализирует субъектную позицию ребенка в учебном процессе; исходит из возрастных и индивидуальных особенностей детей, стимулирует их самостоятельность [14, с. 283]. 

Проектные методы обучения в физике способствуют развитию творческого мышления учащихся. Создание собственных проектов требует нестандартного подхода к решению задач, поиска необычных решений и самостоятельности.

Использование проектных методов обучения в физике способствует повышению мотивации учащихся. Участие в проекте, где они могут самостоятельно выбирать тему и осуществлять исследования, создает интерес к предмету и мотивирует к саморазвитию. Успешное завершение проекта приносит удовлетворение и уверенность в своих способностях. «Работа над проектами становится не просто учебным заданием, а возможностью для саморазвития и творческого самовыражения каждого ученика» [21, с. 6-7]. 

Современные кабинеты физики в школах оборудованы техническими средствами обучения, а именно ноутбук, интерактивная доска и т. д., что позволяет проводить интересные и увлекательные уроки, на которых возможно включить обучающихся в учебные исследования с применением цифрового видеоконтента. Например, в исследовании [5, с. 514] описана методика подготовки будущего учителя физики, овладевшего способами организации учебных исследований на уроках физики. Использование видеофрагментов эксперимента в процессе изучения физики позволяет обучающимся получить неформальные знания и приобрести опыт деятельности по проведению физических исследований.

Важную роль в процессе изучения курса физики играют лабораторные работы, при выполнении которых ученики могут проявить свои творческие способности, закрепить теоретические знания, полученные на занятиях, на практике. Чтобы проверить готовность учащихся к лабораторной работе Н. О. Махкамова в своем исследовании [7, с. 274-276] предлагает использовать метод «Блиц-опросника». Суть метода – обучающийся, получив карточку с перемешанными пунктами выполнения практической, должен самостоятельно расставить их в правильном порядке, после чего свериться с вариантом учителя. Н. О. Махкамова считает, что так обучающиеся развивают свое логическое мышление, детально осмысливая каждый этап выполнения работы [7, с. 275]. 

А. В. Попова, А. М. Санукова в качества средства познавательной активности учащихся на уроках физики предлагают способ создания ситуации успеха на уроке. Педагогу недостаточно только подобрать методы и формы ведения урока, которые приведут обучающихся к новым знаниям, дети должны не только усвоить информацию, но и понять способ ее осуществления [11, с. 275-279]. Учителю важно поощрять работу, учителю важно показать ученику то, что он верит в его способности, сотрудничать с ним (авторы предлагают использовать метод «эмоциональное поглаживание» [15, с. 303-307], когда создаются условия, при которых как отдельный ребенок, так и коллектив в целом могут достичь важных результатов в своей деятельности). 

Таким образом, нетрадиционные формы уроков при проведении лабораторных занятий по физике позволяют передавать учащимся разнообразную и объемную информацию понятным, доступным и интересным образом, что приводит к повышению уровня усвоения материала. Создание ситуации успеха развивает познавательную активность, позволяет обеспечивать заинтересованность каждого ученика в учебном процессе, выбирать собственный путь при решении физических задач [11, с. 275-279; 15, с. 307]. 

Результаты отдельных исследований выявили наличие трудностей, возникающих у обучающихся при изучении физики, и неравномерность сформированности различных типов мышления, необходимых для успешного овладения теорией и практикой физики. Решение возникшего противоречия между необходимостью успешного овладения материалом при обучении физике и существующей дисгармонией в формировании способностей осознания и осуществления когнитивных процессов авторы видят в следующем [2, с. 73; 8, с. 86-93]: 

1. Увеличении количества часов на изучение физики по сравнению с базовым учебным планом за счет часов регионального и школьного компонентов, выделяемых на элективные и факультативные курсы практической направленности;
2. Вовлечении учащихся в занятия, предполагающие задействование высших когнитивных процессов: видов мышления, требующих активизации навыков анализа, синтеза, систематизации, обработки информации (проектная деятельность, мозговой штурм, изобретательская, оценочная прогностическая деятельность и прочее);
3. Формировании устойчивой мотивации к саморазвитию с использованием современных информационных технологий, рассматриваемых как инструмент поддержки развития, а не замена его при поиске готовых ответов на все вопросы;
4. Использовании обратной связи с обучающимися для выявления проблемных зон;
5. Повышении у обучающихся понимания междисциплинарных и метапредметных связей, в том числе, прикладного характера физики, позволит повысить их профессиональное самоопределение, направленность их дальнейшего обучения в сферах, связанных с высококвалифицированными инженерными и техническими кадрами.

Таким образом, выявленные тенденции общего снижения уровня физического образования и, как следствие, снижения познавательного интереса к физике у обучающихся в общеобразовательном учебном заведении требуют поиска новых методов и средств их преодоления в процессе обучения. Использование инновационных подходов к проведению уроков физики в общеобразовательном учебном заведении является ключевым фактором для преодоления упомянутых ранее проблем и повышения эффективности образовательного процесса. Эти подходы направлены на изменение парадигмы обучения – от пассивного потребления информации к активному участию, исследованию и применению знаний.

Вот основные инновационные подходы:

1. Использование цифровых технологий и интерактивных ресурсов:

• виртуальные лаборатории и симуляции позволяют проводить эксперименты, которые невозможно или опасно воспроизвести в реальных условиях (например, ядерные реакции, космические полёты, электрические цепи со сверхвысокими напряжениями), это особенно актуально при отсутствии или износе реального оборудования (например, PhET Interactive Simulations, Labster, Crocodile Physics);
• интерактивные доски и мультимедийные презентации делают материал более наглядным, динамичным и вовлекающим, что позволяет учителю и обучающимся взаимодействовать с контентом в режиме реального времени;
• образовательные платформы и приложения, а также использование онлайн-курсов (Coursera, Khan Academy), специализированных приложений для изучения физики, платформ для создания интерактивных заданий (Kahoot!, Quizizz) для геймификации и моментальной обратной связи;
• датчики и системы сбора данных (даталоггеры) позволяют проводить реальные эксперименты с высокой точностью, автоматически собирать и анализировать данные, строить графики, что приближает процесс обучения к реальной научной работе;
• технологии виртуальной и дополненной реальности погружают учащихся в интерактивную среду, где они могут «потрогать» молекулы, наблюдать за движением планет или исследовать принцип работы сложных механизмов.

2. Активные и исследовательские методы обучения:

• в процессе проектно-ориентированного обучения обучающиеся работают над реальными, практически значимыми проектами, которые требуют применения физических знаний, например, создание модели «умного дома», разработка альтернативного источника энергии, анализ физических явлений в спорте, что развивает не только знания, но и критическое мышление, командную работу, креативность;
• в рамках проблемно-ориентированного обучения урок начинается с постановки проблемной ситуации или вопроса из реальной жизни, решение которого требует применения физических законов, что мотивирует учащихся искать знания и думать;
• организация мини-исследований позволяет учащимся самостоятельно формулировать гипотезы, планировать эксперименты, собирать данные, анализировать результаты и делать выводы (простые «домашние» эксперименты могут быть организованы как исследования);
• метод «перевернутого класса» предполагает изучение теоретического материала обучающимися дома (видеолекции, тексты), а в классе время посвящается решению задач, обсуждению, проведению экспериментов и проектной работе под руководством учителя (все это освобождает время урока для активной работы).

3. Межпредметные связи и контекстуализация:

• привязка к реальной жизни и демонстрирование связи физики с повседневностью, технологиями, инженерией, медициной, искусством например, объяснение принципов работы смартфонов, музыкальных инструментов или конструкций мостов;
• создание проектов на стыке физики и других наук (математики, химии, биологии, информатики) или даже гуманитарных дисциплин, например физика звука в музыке, физика света в живописи, физика движения в спорте;
• изучение истории науки, включение элементов истории открытий, биографий великих физиков, что делает предмет более «живым» и показывает, как развивалась научная мысль.

4. Персонализация и геймификация:

• дифференцированный подход, связанный с предоставлением заданий разного уровня сложности, возможности выбора тем для изучения или проектов, учет индивидуального темпа обучения;
• геймификация, предполагающая использование игровых элементов (баллы, уровни, достижения, соревнования) для повышения мотивации и вовлеченности в учебный процесс;
• адаптивное обучение, предполагающее применение платформ, которые подстраиваются под уровень и прогресс каждого ученика, предлагая оптимальные задания.

5. Изменение роли учителя:

• учитель становится фасилитатором и наставником, который направляет, поддерживает и стимулирует обучающихся к самостоятельному поиску знаний, а не просто «передает» информацию;
• развитие навыков модерации дискуссий, организации командной работы, оказания индивидуальной помощи.

6. Оценка и обратная связь:

• непрерывное отслеживание прогресса обучающихся, предоставление регулярной и конструктивной обратной связи, помогающей им понять свои ошибки и улучшить результаты;
• оценивание не только знаний, но и навыков (например, умения работать в команде, решать проблемы, критически мыслить);
• вовлечение учащихся в процесс оценивания работ своих одноклассников и собственных достижений.

Внедрение этих подходов требует от учебного заведения и учителей готовности к изменениям, обучения новым методикам, а также, в идеале, соответствующей материально-технической базы. Однако даже с ограниченными ресурсами многие из этих подходов могут быть успешно реализованы, значительно повышая интерес к физике и качество образования.

Применение новаторских и прогрессивных подходов к организации и проведению уроков физики выступает в качестве ключевого фактора, способствующего глубокому вовлечению и устойчивой заинтересованности каждого учащегося в образовательный процесс. Эти методики не только значительно повышают познавательную активность, трансформируя пассивное восприятие материала в активное исследование, но и стимулируют многоаспектную творческую деятельность обучающихся.

В результате такого воздействия происходит системное и всестороннее развитие их критического, аналитического и системного мышления, а также общего интеллектуального потенциала. Подобный комплексный подход является неотъемлемым условием для формирования и становления современного человека, обладающего способностью к инновационному мышлению, проактивному решению проблем и эффективной адаптации к постоянно меняющимся реалиям современного мира.