Недостаточная степень разработанности в педагогической науке и в практике проблемы формирования естественно-научной компетентности у будущих учителей физики [1], требования, предъявляемые к учителям физики в области решения задач естественно-научного образования, и не соответствующий этим требованиям уровень овладения естественно-научно научной компетентностью будущими учителями физики обусловили актуальность проблемы поиска путей и инструментов эффективного формирования естественно-научной компетентности у бакалавров педагогического образования профиля «Физика и информатика». В качестве такого инструмента предлагается рассматривать научно-исследовательскую деятельность студентов вуза [2].
Цель исследования: осуществить моделирование процесса формирования исследуемой компетентности у студентов профилей «Физика и информатика» с использованием потенциала научно-исследовательской деятельности.
Материал и методы исследования. Применялись: анализ научных трудов по проблемам профессиональной подготовки будущих учителей физики, сущностных характеристик научно-исследовательской деятельности студентов вуза; моделирование процесса формирования естественно-научной компетентности у будущих учителей физики в вузе.
Результаты исследований и их обсуждение. Решение проблемы совершенствования подготовки квалифицированных и компетентных учителей естественно-научных дисциплин и формирования у них естественно-научной компетентности требует моделирования данного процесса.
Обращение к теории моделирования (работам Н.В. Бордовской [3], М.В. Ядровской [4], Е.В. Яковлева [5], Е.А. Лодатко [6] и др.) позволило сделать вывод, что модель – обобщенный мысленный образ, воспроизводящий в какой-либо форме основные характеристики объекта или явления, необходимый для проведения исследования, формулировки предположений и выводов [7].
При обращении к моделированию как методу исследования автором учитывались требования, предъявляемые к модели: системный характер; наличие сходства с оригиналом, равно как и отличий от него; способность заменять оригинал в процессе исследования для получения о нем новых знаний.
Основываясь на исследованиях Е.Г. Ивановой, Е.Г., Хрисановой, Н.В. Молоткова, С.В. Мурашко, Р.Х. Гильмеевой, О.М. Россомахина и иных, автор разработал структурно-содержательную модель формирования естественно-научной компетентности у будущих учителей физики в процессе научно-исследовательской деятельности.
При выборе вида структурно-содержательной модели автор исходил из необходимости проектирования структуры исследуемого процесса и его содержания как наполнения каждого структурного компонента [8].
Спроектированная структурно-содержательная модель формирования естественно-научной компетентности у будущих учителей физики в процессе научно-исследовательской деятельности в вузе (рис. 1) представляет собой систему, в которой все компоненты (целеориентационный, методологический, содержательный, технологический, критериально-оценочный, результативный) взаимосвязаны и взаимозависимы. Именно взаимосвязь компонентов обеспечивает целостность модели и ее направленность на достижение поставленной цели – формирование естественно-научной компетентности у будущих учителей физики.
Целеориентационный блок определяет социальный заказ (отраженный в образовательных и профессиональных стандартах подготовки будущих учителей физики), цель и задачи.
Согласно поставленной цели, необходимо решить ряд задач сформулированного комплекса:
– формирование и развитие у студентов представлений о ценности естественно-научной подготовки в овладении профессией и последующей профессиональной деятельности, мотивов продуктивного изучения дисциплин естественно-научного цикла и овладения естественно-научной компетентностью;
– формирование у студентов системы естественно-научных знаний, специальных исследовательских знаний и знаний методологии и технологии научного исследования, педагогических знаний;
– формирование у студентов умений организации исследовательской деятельности естественно-научной направленности;
– формирование у студентов опыта использования естественно-научных знаний в профессионально-педагогической деятельности.
Методологической идеей решения проблемы формирования естественно-научной компетентности у будущих учителей физики послужили следующие подходы: системно-синергетический, компетентностный, проектный, средовой, технологический, субъектный.
Содержательный блок модели конкретизирует этапы формирования естественно-научной компетентности будущих учителей физики:
1-й этап – подготовительный (1-й курс).
Работа со студентами первых курсов на подготовительном этапе состоит в решении следующих задач:
– оценка степени сформированности у будущих учителей естественно-научной картины мира, включая их осведомленность о физических законах и явлениях;
– разработка персонифицированной программы работы со студентами с учетом полученных данных;
– формирование у студентов мотивации и интереса к будущей профессиональной деятельности;
– организация научно-исследовательской деятельности студентов-первокурсников [9].
2-й этап – базовый (2–4-й курсы);
На данном этапе для будущих учителей создается научно-исследовательская среда, где реализуются самостоятельные практико-ориентированные и научно-исследовательские работы. Проводится целенаправленная работа по включению студентов в исследовательскую деятельность естественно-научной направленности.
3-й этап – итоговый (5-й курс).
На данном этапе будущие учителя активно вовлечены в междисциплинарные научные исследования, проводимые совместно со студентами других профилей обучения на базе Технопарка вуза.
На каждом из перечисленных этапов обучающиеся выполняют задания, используя систему естественно-научных, методических, инструментально-технологических знаний и основ научно-исследовательской деятельности в естественно-научной области, а также опыт применения имеющихся естественно-научных знаний на практике.
Технологический блок включал организационные формы (лабораторные работы, научные семинары, индивидуальные, парные, групповые работы, НИДС, лекции), методы (естественно-научный метод решения инновационных задач (ЕНМРИЗ), решение нестандартных задач, метод применения STEM-технологий, лабораторный метод, метод кейс-стадий, метод проектов) и средства обучения (информационные и цифровые ресурсы; цифровые технологии; учебные лаборатории [10], система Moodle 21, задания междисциплинарного содержания, лаборатории Технопарка).
Наиболее ответственным этапом в процессе разработки модели является проектирование критериально-оценочного (табл.) и результативного блоков. От того, насколько правильно и содержательно определены критерии, характеризующие уровень сформированности компонентов естественно-научной компетентности, зависят степень эффективности реализации в педагогическом процессе разработанной модели и достижение ее целей.
Исходя из разработанных критериев, выделено три уровня сформированности естественно-научной компетентности у будущих учителей физики в процессе научно-исследовательской деятельности в педагогическом вузе: высокий, достаточный, низкий.
Анализ критериев и показателей естественно-научной компетентности будущих учителей физики, соответствующих ее структурным компонентам, позволяет сделать вывод, что эти компоненты тесно связаны между собой. Низкий уровень или отсутствие сформированности хотя бы одного из компонентов приводят, в конечном счете, к несформированной естественно-научной компетентности в целом.
Критериально-оценочные показатели естественно-научной компетентности у будущих учителей физики
|
Критерии |
Показатели |
|
Ценностно-мотивационный |
Осознание значимости естественно-научных знаний, мотивация к научно-исследовательской деятельности естественно-научной направленности |
|
Когнитивный |
Сформированная система естественно-научных знаний, специальные исследовательские знания и знания методологии и технологии научного исследования, педагогические знания |
|
Деятельностно-практический |
Сформированность прагматических, методических, научно-теоретических, самообразовательных и иных умений и навыков, наличие сложившегося опыта научно-исследовательской деятельности естественно-научной направленности |
Примечание. Составлено автором
Разработанные критерии и показатели являются инструментальным средством оценки сформированности естественно-научной компетентности у будущих учителей физики и обеспечивают подготовку будущих учителей к профессиональной деятельности.
Разработанная модель была внедрена в образовательный процесс Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева.
В процессе проведения экспериментального исследования осуществляли мониторинг сформированности уровня естественно-научной компетентности по ценностно-мотивационному, когнитивному и деятельностно-практическому критериям у обучающихся профиля «Физика и информатика» в контрольной и экспериментальной группах. На каждом этапе исследовательской работы определяли уровень естественно-научной компетентности у будущих учителей физики с использованием комплекса диагностических методик, таких как:
– методика М. Рокича «Ценностные ориентации»;
– методика К. Замфира в модификации А. Реана «Мотивация профессиональной деятельности»;
– тест на определение уровня естественно-научных знаний у обучающихся;
– кейс-задания для определения уровня сформированности естественно-научных умений и навыков у обучающихся.
Выбранные автором диагностические методики позволили оценить выраженность показателей компонентов естественно-научной компетентности у будущих учителей физики. Проведенная исходная диагностика показала преобладание у студентов низкого уровня сформированности исследуемой компетентности, что было вполне ожидаемо. На основании полученных результатов автором осуществлялась дальнейшая работа со студентами. Динамика уровня сформированности естественно-научной компетентности обучающихся экспериментальной и контрольной групп в процессе экспериментальной работы представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Динамика уровня сформированности естественно-научной компетентности обучающихся экспериментальной и контрольной групп в процессе экспериментальной работы
Выводы
Анализ полученных данных показал следующее:
– количество обучающихся с низким уровнем сформированности естественно-научной компетентности уменьшилось как в экспериментальной, так и в контрольной группах, однако в экспериментальной группе это уменьшение оказалось более значительным: 84% в экспериментальной группе по сравнению с 20% в контрольной группе;
– повысилось число студентов, имеющих достаточный уровень сформированности естественно-научной компетентности: на 4% в экспериментальной группе и на 12% в контрольной группе;
– возрастание доли студентов с высоким уровнем сформированности исследуемой компетентности было зафиксировано на 80% в экспериментальной группе и на 8% в контрольной группе.
Обработка результатов исследования с использованием статистического критерия «хи-квадрат» К. Пирсона подтвердила, что различия между экспериментальной и контрольной группами по окончании экспериментальной апробации модели являются статистически значимыми: (
, 
. Это позволяет сделать вывод об эффективности разработанной нами структурно-содержательной модели формирования естественно-научной компетентности у будущих учителей физики в процессе научно-исследовательской деятельности в вузе.
Таким образом, проведенное теоретическое и практическое исследование дало возможность определить направления, содержание, средства и способы организации естественно-научной подготовки будущих учителей физики, позволяя оценить степень их эффективности и результативности, что свидетельствует о достаточной готовности разработанной модели для ее внедрения в образовательный процесс педагогических вузов.