FRACTAL STRUCTURE OF THE METHODOLOGY OF TEACHING A SCHOOL PHYSICS COURSE

ФРАКТАЛЬНАЯ СТРУКТУРА МЕТОДИКИ ПРЕПОДАВАНИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ФИЗИКИ

Обзорная статья

Искандеров Н.Ф.¹, Конюченко О.Н.², Герцог Е.М.^3, *

^{1, 3} Оренбургский государственный педагогический Университет, Оренбург, Россия;

² Оренбургский экономический университет Им. Г.Е. Плеханова, Оренбург, Россия

* Корреспондирующий автор (gerclen[at]yandex.ru)

Аннотация

В статье рассказывается о возможности развития содержания образования с учётом фрактальности, а также рассматривается структура фрактала естественнонаучных школьных предметов. Дана характеристика метапредметного, внутрипредметного и личностного уровней как составляющих естественно-предметного фрактала.

Задача данной статьи найти признаки фрактальности, возникающие в методике преподавания физики в школе. Актуальность данного направления обусловлена новыми требованиями к образованию, среди которых фрактальная педагогика, которая открывает новые возможности для проектирования современных моделей обучения. Использование фрактальной теории поможет нам понять множество процессов, происходящих в современном образовании и предсказать их дальнейшее развитие.

Ключевые слова: фрактальная структура, методика, физика.

FRACTAL STRUCTURE OF THE METHODOLOGY OF TEACHING A SCHOOL PHYSICS COURSE

Review article

Iskanderov N.F.¹, Konyuchenko O.N.², Gertsog E.M.^3, *

^{1, 3} Orenburg State Pedagogical University, Orenburg, Russia;

² Orenburg branch of Plekhanov Russian University of Economics, Orenburg, Russia

* Corresponding author (gerclen[at]yandex.ru)

Abstract

The article describes the possibility of developing the content of education taking into account fractality and also considers the structure of the fractal of natural science school subjects. The study provides characteristics of the meta-subject, intra-subject, and personal levels as components of the natural-subject fractal.

The aim of this article is to find signs of fractality that arise in the methodology of teaching physics at school. The relevance of this research trajectory is due to new requirements for education, including fractal pedagogy, which opens up new opportunities for designing modern learning models. The use of fractal theory will help understand many processes taking place in modern education and predict their further development.

Keywords: fractal structure, methodology, physics.

Идеи фрактального устройства не только пространственных образований стали находить применение в других областях естественных и гуманитарных науках. Для педагогических наук такими теоретическими наработками стали работы В.С. Леднева [2], [3], М.Г. Гапонцевой [1], А.Г Маджуга, [4] и других учёных. Из них следует, что такие компоненты как структура дидактики содержит в себе признаки фрактальности [5], [6].

Этими науками используются понятия: граница, внутреннее содержание множества, непрерывность, взаимоподчинённость элементов. В.С. Леднев выделил принцип двойного вхождения базовых элементов и принцип функциональной полноты системы. Эти компоненты обнаруживаются на двух масштабных уровнях содержания образования, проявляясь на одном уровне как имплицитные и как апикальные в более крупном масштабе. Она задаёт «сквозные» линии в содержании образования. Качественными характеристиками структуры содержания образования являются: одновременное присутствие структурных компонентов с разными качествами в каждой области содержания образования, наличие структурного самоподобия содержательных компонентов образования.

Развитие содержания образования с учётом фрактальности не может происходить без профессионального саморазвития педагога [9].

Автор переносит свойства фрактальности на философские, психологические, педагогические. Для описания социокультурных практик автор вводит термин «концептуальный фрактал», в котором самоподобие выражается на уровнях понятий, идей, ментальных конструкций и связей между ними.

Как видим, история развития идей фрактальности в педагогических науках насчитывает более 30 лет. За это время интерес к проблеме то усиливался, то ослабевал, при этом каждый автор привносил что-то новое в эту часть науки, что позволяло поддерживать интерес к исследованию создавать новые подходы к описанию на психологическом и педагогическом уровнях некоторые новые достижения. К настоящему времени отсутствует полноценная теория педагогики фрактальной организации учебных процессов. Мы в этой статье ставим задачу найти признаки фрактальности, возникающие в методике преподавания физики в школе.

Все частные методики преподавания состоят из двух компонент, это теория методики преподавания предмета на уровне общих проблем дидактики, ФГОС, общего и частного ФГОС конкретного предмета. Общедидактические проблемы задают место конкретного учебного предмета среди других школьных предметов, определяя место данного предмета в структуре всей школьной системы обучения.

Общие вопросы определяют цели изучения этого предмета в школьном обучении на уровне таксономий целей обучения, к которым относят: формирование глубоких, прочных, оперативных знаний; мировоззренческая составляющая предмета; развитие мышления учащихся; политехнический компонент; формирование мотивации изучения предмета.

Важным компонентом методики обучения являются методы обучения предмету, их теоретическая основа, виды методов обучения, их разнообразие и возможности их применения в конкретном обучении. Следующая группа определяет ведущие средства обучения, такие как школьный кабинет, его устройство, оборудование, технические средства обучения, демонстрационное оборудование, оборудование для учащихся, технические средства обучения, компьютерная оснащённость кабинета, сетевые возможности организации учебного процесса.

Средства обучения позволяют по-разному осуществлять организацию учебного процесса через различные организационные формы обучения предмету, для чего учитель комбинирует методы, средства и формы обучения для достижения целей обучения как личностных, так и государственных уровнях. Эти компоненты составляют фрактал общедидактического направления, являющейся одновременно эксплицитным для обучающего учителя и имплицитным для обучающихся.

Этот набор составляющих теории методики представляет собой первый уровень фрактала. При переходе от вопросов общей методики обучения предмету к реализации этих идей при разработке и применении их для использования в частной методике обучения предмету приводит к переходу на другой уровень фрактальности. Этот уровень задаётся ФГОС по предмету и учебно-методическим комплексом, по которому работает данная школа, или учебный округ. При этом другой учебный округ может выбрать свою траекторию с другим набором учебно-методического комплекса, но его действия определяются ФГОС и общими идеями теории методик обучения предмету.

Индивидуальность учителя, реализующего конкретную образовательную программу, проявляется в его приоритетах и личностных интересах. Он может выбирать различные педагогические или методические наработки, такие как метод проектов, методы теоретического, экспериментального изучения материала, делать упор на использование принципа историзма, межпредметных связей, задачный подход в обучении. При этом учитывать личностные интересы учащихся по проявлению интереса к изучению этого учебного предмета.

Рис. 1 – Структура естественно-предметного фрактала

 

Рассмотрим структуру фрактала естественнонаучных школьных предметов. Первый его компонент состоит из метапредметного уровня, внутрипредметного уровня и личностного. В основе его стоят требования государства к выпускнику школы в данный исторический период, обусловленный накопленными мировыми научными знаниями в области естественнонаучных и математических и информационных систем.

Он задает необходимость отбора из всех мировых научных достижений тех, которые необходимо отобрать для изучения в школе. А для формирования личности выпускника школы, готового продолжить образование в высшей школе или войти в производственную среду государства. В нашем случае выделили только естественнонаучный уровень учебных предметов. Гуманитарный компонент так же может быть представлен полностью по всем элементам учебного фрактала, в нашей статье мы его не затрагиваем. Содержание метапредметного уровня начинается с математики как своего рода ещё одного фрактального уровня, поскольку математические знания востребованы в той или иной мере в каждом естественнонаучном учебном предмете. Последовательность этих предметов может быть любой.

Второй фрактальный уровень определяет единство дидактического построения любого естественнонаучного учебного предмета. Он определяется отбором содержания знаний для изучения в данном учебном предмете. В нем задаются основные виды деятельности, которые должен освоить ученик. Деятельностный элемент определяет виды деятельности умственные и практические, которые необходимо иметь к моменту окончания учебного процесса в школе.

Рис. 2 – Развивающий компонент

 

Представляет набор видов знаний и деятельностей, превышающих те, которые формируются сверх тех, что приобретаются вне этих предметов. Каждый из естественнонаучных предметов способствует формированию научного мировоззрения, понимания того, как современная наука описывает устройство мира, Вселенной, жизни, природных ресурсов, биологическое разнообразие мира, в котором существует человечество. Фрактал межпредметных связей связан с метапредметным уровнем тем, что в мире не существует отдельно предметов, изучаемых в школе, а есть единый комплексно, фрактально организованный мир, обладающий свойством целостности. Существование человеческой мировой цивилизации определяется развитием технологий и техники. Знание естественнонаучных основ современной техники важно для выпускника школы, как на бытовом уровне, так и для выбора профессии. Весь набор предметных знаний, получаемых в школе, задаётся на двух уровнях, в виде научных теорий и в виде знаний, получаемых из научных экспериментов. Понимание важности каждого из методов познания для накопления новых знаний о нашем мире важно для выпускника школы. Принцип цикличности позволяет понять особенность развития системы научного знания в разные периоды изучения предметных знаний, задает понимание того, что развитие теории позволяет на уровне практики применять знания к развитию промышленности и отражается на бытовом уровне. А с другой стороны, потребности производства задают возможности развития теорий. Необходимость систематизации знаний задаёт необходимость построения структур научного знания, что сказывается на структуре предметных знаний. Для этого надо учебный материал представлять в виде системы, которая определяет основные фракции системы знаний и умений, их структуру из формул, определений, форм представления знаний, особенностей организации учебного материала.

Реализация учебного процесса на практике неопытному начинающему учителю может показаться слишком сложной, поскольку каждый урок — это новая для учителя разработка учебного материала на протяжении всего учебного года. Однако, поскольку учебный материал на каждом году обучения состоит из крупных блоков в виде глав и разработка методики изучения каждой главы представляет собой неповторяющийся набор действий. В методике они называются планами обобщённого характера по изучению: теорий, явлений, величин, приборов. Включение грамотным учителем планов обобщённого характера в изучаемый материал вначале требует некоторого времени, однако при переходе к изучению новой главы учащиеся понимают, что такое знание обладает универсальностью и облегчает получение нового материала, встраивая новые знания в выученные планы обобщенного характера. Как видим, это ещё несколько фракталов из области методики изучения естественных предметов [7], [8].

Личностный фрактал можно представить как сочетание личностных результатов для педагога и учащегося. Для учителя овладение внутрипредметным уровнем учебного фрактала ведёт его к совершенствованию методических способностей. Для учеников через усвоение предметных знаний по решению задач может сосредоточиться на предметных олимпиадах, через интерес к экспериментированию и политехническим знаниям, начать научную работу по предмет, применения знаний в технике, специализироваться на политехнических целях обучения. Освоение системы естественнонаучных знаний через межпредметные связи создаются условия для учащихся обучаться в университетах на новых направлениях современных наук и получить возможность освоения самыми передовыми научными и техническими знаниями. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Гапонцева М.Г. Понятия геометрии фракталов как язык объектов педагогики и теории научного знания. Содержание образования / М.Г. Гапонцева, В.А. Федоров, В.Л. Гапонцев // Образование и наука. - 2009. - №4. - С.6-22.
2. Леднев В.С. Содержание образования: сущность, структура, перспективы / В.С. Леднев – 2-е изд. перераб. Москва. Высшая школа. 1991.- 224 с.
3. Леднев В.С. Содержание общего среднего образования: Пробл. структуры / В.С. Леднев. М.: Педагогика, 1980. 264 с.
4. Маджуга А.Г. Фрактальная педагогика: онтологические смыслы и методологические возможности: монография / А.Г. Маджуга, И.А. Синицина. – Стерлитамак; Изд-во С.Ф. БашГУ, 2015.- 365 с.
5. Маджуга А.Г. Концептуально-теоретические основы фрактальной педагогики как новой области социально-гуманитарного знания / А.Г. Маджуга, И.А. Синицина, Е.В. Филипенко // Научный диалог. - 2015. - №12(48). – С. 450-459.
6. Соколов А.В. Применение фрактальной методологии в гуматитарных науках / А.В. Соколов // Время науки. - 2016. - №3. - С.12-18.
7. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения / А.В. Усова. 2-е изд., испр. – М.: Издательство Унта РАО.2007.310 с. ISBN 5-204-00491-2
8. Усова А.В. Практикум по решению физических задач / А.В. Усова, Н.Н. Тулькибаева: Учеб. Пособие для студентов физ.-мат.фак. – М.: Просвещение.1992.-208 с. ISBN 5-09-000928-7
9. Ушаков А.А. Фрактальная методология личностно-профессионального саморазвития педагогики в интерактивной образовательной среде / А.А. Ушаков // Мир науки. Педагогика и психология. - 2020. - №2. Том 8. - С.4-16.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Gaponceva M.G. Ponjatija geometrii fraktalov kak jazyk ob'ektov pedagogiki i teorii nauchnogo znanija. Soderzhanie obrazovanija [Concepts of Fractal Geometry as a Language of Objects of Pedagogy and the Theory of Scientific Knowledge. The Content Of Education] / M.G. Gaponceva, V.A. Fedorov, V.L. Gaponcev // Obrazovanie i nauka. - 2009. - No 4. - 6-22. [in Russian]
2. Lednev V.S. Soderzhanie obrazovanija: sushhnost', struktura, perspektivy [The Content Of Education: The Essence, Structure, Prospects] / V.S. Lednev // 2nd Ed., Revised, Moskva. Vysshaja shkola. 1991.- p. 224 [in Russian]
3. Lednev V.S. Soderzhanie obshhego srednego obrazovanija: Probl. struktury [The Content Of General Secondary Education: Aspects of Structure] / V. S. Lednev. // M.: Pedagogika, 1980. - p. 264 [in Russian]
4. Madzhuga A.G. Fraktal'naja pedagogika: ontologicheskie smysly i metodologicheskie vozmozhnosti: monografija [Fractal Pedagogy: Ontological Meanings and Methodological Possibilities: Monograph] / A.G. Madzhuga, I.A. Sinicina // Sterlitamak; Publishing house S.F. BashGU, 2015.- p. 365 [in Russian]
5. Madzhuga A.G. Konceptual'no-teoreticheskie osnovy fraktal'noj pedagogiki kak novoj oblasti social'no-gumanitarnogo znanija [Conceptual and Theoretical Foundations of Fractal Pedagogy as a New Field of Social and Humanitarian Knowledge] / A.G. Madzhuga, I.A. Sinicina, E.V. Filipenko // Nauchnyj dialog [Scientific Dialogue]. - 2015. - No12(48). – pp. 450-459. [in Russian]
6. Sokolov A.V. Primenenie fraktal'noj metodologii v gumatitarnyh naukah [Application of Fractal Methodology in the Humanities] / A.V. Sokolov // Vremja nauki [The Time of Science]. - 2016. - No3. - pp. 12-18. [in Russian]
7. Usova A.V. Formirovanie u shkol'nikov nauchnyh ponjatij v processe obuchenija [Formation of Scientific Concepts in the Learning Process Among Schoolchildren] / A. V. Usova. 2nd Ed., Revised. – M.: Publishing house Unta RAO.2007. p. 310 ISBN 5-204-00491-2 [in Russian]
8. Usova A.V. Praktikum po resheniju fizicheskih zadach: Ucheb. Posobie dlja studentov fiz.-mat.fak. [Practical Training on Solving Physical Problems: Textbook. Manual For Students of Physical and Mathematical Sciences] / A. V. Usova – M.: Prosveshhenie.1992.- p. 208 ISBN 5-09-000928-7 [in Russian]
9. Ushakov A.A. Fraktal'naja metodologija lichnostno-professional'nogo samorazvitija pedagogiki v interaktivnoj obrazovatel'noj srede [Fractal Methodology of Personal and Professional Self-Development of Pedagogy in an Interactive Educational Environment] / A.A. Ushakov // Mir nauki. Pedagogika i psihologija. [World of Science. Pedagogy and Psychology.] - 2020. - No2.Vol. 8. - pp. 4-16. [in Russian]