Навчальний експеримент безпосередньо зв’язаний з науковим фізичним експериментом, під яким розуміють систему цілеспрямованого вивчення природних явищ та процесів шляхом чітко спланованого відтворення фізичних явищ у лабораторних умовах експериментального середовища з подальшим аналізом і узагальненням одержаних за допомогою приладів експериментальних даних.
Спостереження буде успішнішим, коли створюються умови для активного втручанням у хід фізичних явищ суб’єктів навчання за допомогою експериментальних засобів. Якщо до цього долучити середовище фізичного кабінету, школи, населеного пункту, то суб’єкти навчання стають елементами експериментально-орієнтованого навчального середовища, у яких формуються експериментально-орієнтовані компетентності.
Науковий експеримент сприяє конструюванню експериментальних засобів, дає методи дослідження і фактологічний матеріал. Але повної тотожності між фізичним та науковим експериментами немає. Головна відмінність полягає в тому, що науковий експеримент проводиться у науково-дослідницькому середовищі, ставиться з метою дослідження природи і одержання нових знань про неї. Вагомим його елементом все більше стає математичне моделювання та прогнозування результатів. Навчальний експеримент проводиться у навчальному середовищі і покликаний організувати здобування знань, умінь, навичок, цінностей учнями, забезпечити перетворення їх у безпосередню продуктивну силу.
Основними етапами формування фізичних понять є спостереження явища, встановлення зв’язків з іншими поняттями, введення величин, що його характеризують. У цьому випадку формуються експериментальні навички. Демонстрація дослідів на уроках фізики, показ деяких із них віртуально, виконання лабораторних робіт учням складають основу традиційного експериментального методу навчання фізики у школі. Будучи засобом пізнавальної інформації, навчальний експеримент одночасно є і головним засобом наочності при вивчені фізики, він дозволяє найбільш успішно і ефективно формувати в учнів конкретні образи, які адекватно відображаються в їх свідомості, фізичні явища, процеси і закони, які їх поєднують. У Державному стандарті базової і повної загальної середньої освіти компетентності розглядаються як категорія, що віддзеркалює зв’язок між пізнавальною й практичною діяльністю людини. Знання виявляються в системі понять, суджень, уявлень та образів, орієнтовних основ дій тощо, яка має певний обсяг і якість. Знання можливо ідентифікувати тільки за умови їх прояву у вигляді умінь та навиків виконувати відповідні розумові або фізичні дії [3].
Такий підхід є дещо обмежений навчальним середовищем фізичного кабінету і не у повній мірі сприяє формуванню в учнів компетентностей, які забезпечують гуманізацію, гармонізацію, конкурентоздатність тощо. Виходячи з структури швидко змінюючого динамічного освітнього-навчального середовища шкільного фізичного експерименту, пропозицій європейського проекту TUNING поняття експериментальної компетентності розглядається як підсистему, яка включає знання і його розуміння (теоретичне знання академічної галузі, здатність знати й розуміти), як діяти (практичне й оперативне застосування знань до конкретних ситуацій), знання як бути (цінності як невід’ємна частина способу сприйняття й життя з іншими в соціальному контексті).
У частині досліджень з методики навчання фізики поняття «компетентність» нерідко розглядаються як деяка підміна понять уміння та навички або їх інтеграція. Сутність поняття полягає у формуванні зовнішнього та внутрішнього навчального середовища і формування наскрізних компетентностей глобалізованого суспільства.
Традиційно уміння розглядаються як здатність людини виконувати певні фізичні дії на основі набутих фізичних знань та навичок. Системи умінь з фізики в поєднанні з їх цінностями та практичним застосуванням формують відповідну компетентність. Уміння можна поділити за видами:
1) предметно-практичні – уміння виконувати дії щодо дослідження закономірностей переміщення об’єктів у просторі, зміни їх форми. Традиційно головну роль у регулюванні предметно-практичних дій виконують перцептивні образи, що відображають просторові, фізичні та інші властивості предметів і забезпечують керування робочими рухами відповідно до властивостей об’єкта та завдань діяльності. В експериментально-орієнтованому навчальному середовищі вони набувають більш цілісного характеру.
2) предметно-розумові – уміння щодо виконання операцій з розумовими образами предметів. Ці дії вимагають наявності розвиненої системи уявлень і здатність до розумових дій (наприклад, аналіз, класифікація, узагальнення, порівняння тощо). Формування їх ми пропонуємо здійснювати не обумовлено, а у експериментально-орієнтованому навчальному середовищі.
3) знаково-практичні – уміння щодо виконання операцій зі знаками та знаковими системами. Ми пропонуємо формування таких умінь здійснювати за рахунок віртуальних експериментів, математичного моделювання фізичних процесів з урахуванням глобальних проблем сучасності. Тоді створюється відповідне експериментально-орієнтоване навчальне середовище, в якому формуються якості особистості, здатної до життя у глобалізованому суспільстві.
4) знаково-розумові – уміння розумового виконання операцій із фізичними знаками та знаковими фізичними системами більше носять теоретичний характер. Наприклад, дії, що є необхідні для виконання логічних та розрахункових операцій. Ці дії дозволяють вирішувати широке коло задач в узагальненому вигляді з використанням структурно-логічних схем [3].
Поняття «компетенція» та «компетентність» включає не тільки когнітивну й операційно-технологічну складові, але й мотиваційну, етичну, соціальну, поведінкову (результати освіти, знання, уміння, систему ціннісних орієнтацій). В їх формуванні вирішальну роль відіграє не тільки зміст курсу фізики, але й глобальне освітнє та компетентнісно-орієнтоване навчальне середовище, організація освітнього процесу, освітні технології, форми самостійної роботи учнів тощо. Я роблю наголос на широко узагальнений, а не лише інтегральний характер поняття «компетентність» стосовно понять «знання», «уміння», «навички».
З методологічної точки зору об’єктивна сторона експерименту не вичерпується одним лише предметом експериментального дослідження. Вона (об’єктивна сторона) містить у собі засоби експериментування, що ізолюють реєструють, готують і перетворюють об’єкт у певних педагогічних умовах, створюючи психолого-педагогічну привабливість. Вирішальна роль засобів дослідження полягає в тому, що всі перераховані вище особливості видів експерименту можуть бути реалізовані тільки завдяки цим засобам. В сукупності перераховане складає систему, яка названа експериментальним навчальним середовищем. Таке середовище, на нашу думку, може забезпечити реалізацію формування експериментально-орієнтованих компетентностей у навчанні фізики в загальноосвітніх навчальних закладах.
Перераховані складові експериментального навчального середовища дозволяють здійснити аналіз найбільш новітніх експериментальних засобів навчання фізики. До них ми віднесли навчальне експериментально-орієнтоване середовище фізичних кабінетів та набори з механіки, молекулярної фізики й термодинаміки, електрики й оптики німецької фірми «PHYWE», набір «Школяр», вимірювальний комплект для виконання фізичного експерименту з механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електрики та магнетизму, оптики, атомної і ядерної фізики, система «Кобра 3» [4], [5], [6], [7], [8].
Педагогічні та методичні умови, за якими визначається ефективність новітнього обладнання, є наступні:
а) формування і організація раціонального, педагогічно виправданого навчального середовища кабінетів і кабінетів-лабораторій природничо-математичних дисциплін ЗНЗ, доповнення їх віртуальними експериментами;
б) пошук i обґрунтування ефективних засобів організації навчально-пізнавальної діяльності учнів загальноосвітніх навчальних закладів в умовах широкого використання новітніх засобів навчання і наборів обладнання;
в) формування мотивації i пізнавального інтересу учнів СЗНЗ до навчання через систему навчального експерименту на базі новітніх засобів навчання і наборів обладнання;
г) поєднання індивідуальних, групових i колективних форм навчання в загальноосвітніх навчальних закладах з використанням новітніх засобів навчання і наборів обладнання;
д) активізація навчально-пізнавальної діяльності учнів загальноосвітніх навчальних закладів, розвиток їх самостійності в процесі опанування природничо-математичними дисциплінами з використанням новітніх засобів навчання і наборів обладнання;
е) організація оперативного контролю i самоконтролю результатів навчально-пізнавальної i творчої діяльності учнів СЗНЗ за умови використання новітніх засобів навчання і наборів обладнання з подальшою корекцією процесу навчання та виховання;
є) виявлення ефективних шляхів використання новітніх засобів навчання і наборів обладнання для формування i розвитку творчих здібностей учнів ЗНЗ з виходом на аналіз глобальних проблем, пов’язаних з фізикою;
ж) створення педагогічно доцільних комплексів програмно-методичного забезпечення використання новітніх засобів навчання і наборів обладнання в ЗНЗ; відповідність новітніх засобів навчання і комплектів обладнання психофізіологічним та інтелектуальним особливостям учнів ЗНЗ;
з) оптимальний режим роботи учнів у навчальному середовищі, яке побудоване на базі новітніх засобів навчання і наборів обладнання, в умовах загально-навчальних закладів [9].
Сформована система експериментально-орієнтованого навчального середовища дозволяє здійснити аналіз найбільш новітніх експериментальних засобів навчання фізики. До них відноситься навчальне експериментально-орієнтоване середовище фізичних кабінетів та набори з механіки, молекулярної фізики й термодинаміки, електрики, оптики німецької фірми «PHYWE», набір з електродинаміки «Школяр», вимірювальний комплект для виконання фізичного експерименту з механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електрики та магнетизму, оптики, атомної і ядерної фізики, система «Кобра 3».
Список джерел:
1. Слюсаренко В.В. & Садовий М.І. & Трифонова О.М. & Хомутенко М.В. (2014) Формування експериментально-орієнтованого навчального середовища вивчення фізики. Science and Education a New Dimension. Pedagogy and Psychology, (33), 79-84.
2. Галатюк Ю.М. & Тищук В.І. (2007) Дослідницька робота учнів з фізики. Харків, Основа: Україна.
3. Слюсаренко В.В. (2015) Методика формування експериментальних компетентностей старшокласників з використанням вимірювального комплекту на уроках фізики: дис. … кандидата пед. наук : 13.00.02. Кіровоград: Україна.
4. Слюсаренко В.В. & Садовий М.І. (2013) Методичне забезпечення виконання лабораторних робіт з механіки із новітнім обладнанням «PHYWE». Кіровоград, Сабоніт: Україна.
5. Слюсаренко В.В. & Садовий М.І. (2013) Методичні рекомендації до виконання вибраних лабораторних робіт із новітнім обладнанням «PHYWE». Кіровоград, Сабоніт: Україна.
6. Слюсаренко В.В. & Садовий М.І. (2013) Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з електрики та магнетизму із новітнім обладнанням «PHYWE». Кіровоград, Сабоніт: Україна.
7. Слюсаренко В.В. & Садовий М.І. (2013) Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з оптики, термодинаміки та атомної фізики із новітнім обладнанням «PHYWE». Кіровоград, ПП «Халецький»: Україна.
8. Слюсаренко В.В. & Садовий М.І. (2013) Посібник користувача комплекту «Фізичне обладнання для виконання дослідів з механіки». Кіровоград, ПП «Центр оперативної поліграфії «Авангард»: Україна.
9. Жук Ю.О. (2004) Методи педагогічних досліджень з використанням глобальної мережі Інтернет. Комп’ютер в школі та сім’ї, (1), 11-14.