авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Решение физических задач с помощью компьютера как составляющая физического образования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Петросян Валерий Гургенович

РЕШЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА

КАК СОСТАВЛЯЮЩАЯ ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Специальность 13.00.02 –

теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре теоретической физики

Физического факультета

Кабардино-Балкарского государственного университета

имени Х.М. Бербекова


Официальные оппоненты:


доктор педагогических наук, профессор

Ельцов Анатолий Викторович

доктор физико-математических наук, профессор

Бабурова Ольга Валерьевна

доктор педагогических наук, профессор

Коржуев Андрей Вячеславович




Ведущая организация:

Астраханский государственный университет

Защита диссертации состоится «16» ноября 2009 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.29, ауд. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского педагогического государственного университета по адресу:

119992, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Л.А. ПРОЯНЕНКОВА


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ


Актуальность исследования. Бурное развитие электроники, широкое распространение в обществе аппаратных и программных средств вычислительной техники все отчетливее выявляют черты современной технической цивилизации. Электронная техника определяет технический и научный прогресс практически любой области человеческой деятельности, формирует новые виды деятельности.

Компьютерные технологии изменяют способы восприятия и отражения окружающего нас внешнего мира в соответствующих моделях физического мира. Но до сих пор компьютер существенно не изменил методику обучения, структуру, объём самих учебных курсов (кроме информатики) ни в школе, ни в вузе. Можно прогнозировать, что, когда компьютер станет обычным явлением в семье, в школе, в вузе, численное моделирование, вычислительные методы потеснят аналитические методы в XXI веке.

Современный мощный инструментарий – компьютер (с соответствующим языком моделирования), численные методы математики, развивавшиеся в течение почти 2000 лет, стали неотъемлемой частью культуры человечества, в частности, научной культуры физики. Всё это требует изменения содержания курсов физики и методов организации учебно-познавательной деятельности учащихся при изучении физики в школе и в вузе.

Технические и методические проблемы, возникающие при компьютеризации обучения, также должны найти свое разрешение. Одна из таких проблем – использование дисплейных классов в обучении физике, в которых в настоящее время изучается только один предмет – информатика. Зачастую, недостаточная подготовленность учителей в работе с компьютерной техникой, а также отсутствие или недостаток доступной методической литературы (программной, психолого-педагогической), методической поддержки делают эту проблему трудно разрешимой. В этом плане разработка методики обучения решению физических задач с помощью компьютера является шагом на пути частичного разрешения проблемы компьютеризации обучения физике.



Различные аспекты проблем информатизации физического образования и компьютерных технологий обучения физике нашли отражение в результатах научно-методических исследований и в трудах многих авторов (Э.В. Бурсиан, Х. Гулд, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, В.В. Лаптев, Н.В. Разумовская, А.А. Самарский, А.М. Слуцкий, А.В. Смирнов, Я. Тобочник, А.И. Ходанович и др.).

Большое число методических работ посвящено вопросам отражения методологии научного познания и компьютерных технологий в формировании мировоззрения и познавательной деятельности учащихся в процессе обучения физике (Э.В. Бурсиан, Х. Гулд, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, В.В. Лаптев, В.В. Мултановский, А.А. Самарский, Я. Тобочник, Н.В. Шаронова и др.).

Решение физических задач является одним из мощных средств развития творческих способностей на всех этапах обучения физике в школе и в вузе.

Проблема развития творческих способностей рассматривалась в рамках различных психолого-педагогических концепций: в теории проблемного обучения (Ю.К. Бабанский, И.Я. Лернер, М.И. Махмутов, А.М. Матюшкин, В. Оконь и др.), в теории учебной деятельности, в работах психологов и дидактов (В.И. Андреев, Г.А. Балл, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, В.И. Загвязинский, Ю.Ю. Кулюткин, П.И. Пидкасистый, Я.А. Пономарёв, В.Г. Разумовский, М.Н. Скаткин, Н.Ф. Талызина, О.К.Тихомиров и др.).

Анализ научно-методических работ, раскрывающих значение и сущность физического образования, его задачи и содержание, а также работ по вопросам индивидуализации и дифференциации обучения физике, развитию творческих способностей учащихся в процессе обучения физике (С.Е. Каменецкий, А.В. Коржуев, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, Г.П. Стефанова, А.В. Усова, Л.М. Фридман, Л.С. Хижнякова, И.С. Якиманская и др.) показывает, что современный инструментарий (компьютер и программные средства) способствует разрешению проблемы развития творческих способностей достаточно эффективно, формируя новое «компьютерное» мышление, продуктом которого являются новые программные средства, полученные самими обучающимися, например, при решении задач. «Компьютерное» мышление является продуктивным, творческим, так как в результате решения задачи с помощью компьютера получается новая программа, с помощью которой можно решить множество других подобных задач.

Изначально компьютер использовался в качестве инструментального средства для решения сложных научно-практических задач. Вместе с компьютером получили развитие численные методы в науке, что пока не нашло должного отражения в научно-методической литературе.

Таким образом, изменение роли компьютера в образовании становится необходимостью, и одним из направлений расширения внедрения компьютерной техники в учебный процесс является использование компьютера не только как объекта изучения и средства обучения, но и инструмента изучения, и не только информатики, но и других предметов, в частности, физики.

Анализ школьных и вузовских программ по физике позволяет сделать заключение об отсутствии требований к формированию у обучаемых некоторых современных способов деятельности, связанных, например, с использованием компьютера в качестве инструментального средства. Иными словами, курс физики не ориентирован на освоение компьютера в качестве современного инструментария и связанных с ним новых методов науки. Следовательно, существует противоречие между объективной необходимостью формирования у учащихся и студентов современных научных способов деятельности и реальной направленностью физического образования преимущественно на усвоение только «традиционных» методов физики-науки, в котором компьютер используется, в основном, как средство обучения.

Применение компьютерной техники как инструментального средства при обучении решению задач сдерживается из-за нерешённости следующих проблем дидактики и методики физики:

- отсутствует систематизация психологических характеристик уровней мышления при решении задач;

- не выявлена корреляция между известными типами физических экспериментальных задач и уровнями мышления (не соотнесены типы решаемых задач с уровнями мышления учащихся);

- не рассмотрена связь методов решения физических задач с методами физики;

- отсутствуют как теоретическое обоснование необходимости использования компьютера в качестве современного инструментального средства решения задач с целью овладения новыми методами физики, так и соответствующие методики;

- не систематизированы компьютерные методы решения физических задач;

- не очерчен круг физических задач, решаемых с помощью компьютера;

- не рассмотрены возможности развития творческих способностей учащихся при решении физических задач с помощью компьютера.

Таким образом, второе существующее противоречие – это противоречие между требованиями формирования у обучаемых системных знаний о методах физики-науки и недостаточной эффективностью их выполнения, обусловленной нерешённостью отмеченных выше проблем дидактики, теории и методики обучения физике.

Обучение методам научного познания – современная составляющая естественнонаучного, в частности, физического образования. Появление компьютера – нового мощного инструмента научного познания – вызывает необходимость его применения при обучении физике. Известно, что методы, средства и формы обучения в их взаимосвязи составляют технологию обучения. Однако понятие "новые информационные технологии" (НИТ) очень часто сужают, сводя их только к использованию компьютерных программных средств, что, на наш взгляд, совершенно не соответствует самой идее технологии. Такое использование компьютера в некоторых случаях может стать только начальным этапом внедрения НИТ в учебный процесс.

Общая логика развития внедрения НИТ в учебный процесс проявляется, конкретизируется и реализуется в процессе решения задач с помощью компьютера, используемого в качестве современного инструментального средства. При этом необходимы теоретическое обоснование и перенос изучения инструментальных возможностей использования компьютера при решении соответствующих задач (методологический аспект) на предметные области: физику, математику, химию и др.

Однако недостаточная сформированность умений и навыков программирования у педагогов-предметников (в частности, у физиков), отсутствие опыта применения компьютера, например, при решении физических задач создают третье противоречие – между необходимостью формирования у обучающихся системы новых информационных методов физики-науки и недостаточной специальной подготовкой к этой работе будущих учителей физики.

Указанные противоречия обусловили проблему: как изменить содержание физического образования с тем, чтобы сформировать у учащихся школ и студентов новые способы деятельности с использованием компьютера в качестве инструментального средства обучения физике и организовать реальную направленность физического образования на усвоение новых методов физики-науки, связанных с широким применением компьютеров в науке?

Для развития научного, диалектического мышления необходимо знакомить обучающихся с применяемыми в физике теоретическими методами познания, среди которых: абстрагирование, идеализация, моделирование, мысленное экспериментирование, анализ, синтез, метод аналогий, дедукция и т.п. В свою очередь решение задачи требует следующих умений: анализировать условие задачи в соответствии с её вопросом; преобразовывать проблему в ряд частных проблем; составлять план и выделять этапы решения проблемы; формулировать гипотезу; представлять задачу в виде математической модели; проводить анализ полученного решения. При решении задач обеспечивается систематическое овладение методами научного познания в процессе деятельности по поиску методов решения задач. Отсюда можно сделать вывод: умение решать физические задачи (в широком смысле) определяется умением применять методы физики-науки.

Объект исследования – процесс обучения решению физических задач в школе и в вузе.

Предмет исследования – обучение решению физических задач с помощью компьютера как составляющая физического образования.

Цель исследования – теоретически обосновать и разработать методику обучения решению физических задач с помощью компьютера в качестве способа освоения методов науки при обучении физике как студентов физических факультетов вузов, так и учащихся общеобразовательных школ.





Анализ научно-методической литературы, многолетняя научно-исследовательская работа, опыт преподавания физики в школе и в вузе, анализ результатов констатирующего и поискового этапов эксперимента позволили выдвинуть гипотезу исследования: если решение физических задач с помощью компьютера (с использованием компьютера в качестве современного инструментального средства) станет составляющей физического образования, то даже при традиционных формах обучения это приведёт к освоению новых методов физической науки, к освоению новых информационных технологий и развитию мышления учащихся школ и студентов.

Сформулированные выше цель и гипотеза обусловили следующие задачи исследования:

1) проанализировать существующую систему физических задач и признаки классификаций методов их решения с целью определения типов задач, решаемых с помощью компьютера и классификации методов их решения;

2) выявить степень готовности и уровень потребности учителей, учащихся и студентов вуза к работе с компьютером при изучении физики и, в частности, при решении задач и рассмотреть целесообразность и принципиальную возможность решения задач с помощью компьютера в средней (полной) школе;

3) разработать концепцию методики обучения решению физических задач с помощью компьютера и модель методической системы обучения решению задач с помощью компьютера;

4) выявить методы науки, используемые при решении задач;

5) разработать и апробировать методику решения физических задач с помощью компьютера как систему частных методов, приёмов и правил решения;

6) проанализировать существующую методику анализа решения задач и разработать вариант системного подхода к проведению анализа ответа и проверки хода решения задач как обычными методами, так и с помощью компьютера;

7) выявить теоретические основы развития творческих способностей учащихся и студентов при решении физических задач с помощью компьютера, а именно рассмотреть психолого-педагогический аспект развития творческих способностей при решении физических задач с помощью компьютера и оптимизировать структуру и содержание системы разноуровневых физических задач, решаемых с помощью компьютера, обеспечивающих освоение методов науки и развитие творческих способностей;

8) разработать и апробировать в условиях вуза и средней общеобразовательной школы методику обучения решению экспериментальных задач и дополнения физического лабораторного и демонстрационного экспериментов виртуальными работами, труднореализуемыми натурно в условиях физического кабинета;

9) экспериментально проверить гипотезу исследования.

Методологическая основа исследования: методология науки (в частности, методология физики), теория процесса познания, теория развивающего обучения, теория дифференцированного обучения физике, теоретические основы разноуровневых обобщений, теоретические основы компьютеризации обучения физике.

Для исследования проблемы и решения поставленных задач были использованы следующие теоретические и эмпирические методы: теоретический анализ научно-методической и психолого-педагогической литературы, наблюдение, моделирование, педагогическое проектирование, прогнозирование, опрос, анкетирование учителей, студентов вуза, учащихся, педагогические измерения, статистические методы обработки результатов эксперимента.

Новизна результатов исследования заключается в следующем.

1. Показано, что в современных условиях обучение решению задач с помощью компьютера в роли инструмента исследования должно выступать составляющей как школьного, так и вузовского физического образования.

2. Сформулирована концепция методики обучения решению физических задач с помощью компьютера как составляющей физического образования, расширяющая понимание роли компьютера в обучении физике в школе и в вузе.

3. Предложены модели процесса решения физических задач с помощью компьютера, дополняющие друг друга:

  • модель выбора метода решения физических задач с помощью компьютера;
  • модель решения задач обобщенным методом предписаний;
  • модель методики решения физических задач;
  • модель проведения анализа ответа физической задачи.

4. Предложена модель уровней «идей и методов решения» физических задач.

5. Создана модель методической системы обучения решению физических задач с помощью компьютера.

6. Разработана методика решения физических задач с помощью компьютера в средней (полной) школе и в вузе, включающая классификацию процессов решения задач и типологию задач, исходя из системно-структурного анализа задачи, систему разноуровневых задач, модельных и имитационных лабораторных работ, а также учебно-методическое обеспечение обучения выбору метода решения задачи, решению задачи обобщенным методом предписаний и анализу ответа задачи, решенной с применением компьютера.

Теоретическая значимость исследования состоит в развитии теоретических основ методики обучения учащихся школ и студентов решению физических задач с помощью компьютера:

– обоснована необходимость решения физических задач с помощью компьютера (как инструментального средства) в качестве составляющей физического образования в школе и в вузе;

– обоснована возможность и целесообразность применения компьютера для решения физических задач с целью организации изучения современного метода физики-науки и методов науки вообще;

– созданы теоретические основы (концепция и адекватные ей модели) методики решения и методики обучения решению физических задач с помощью компьютера.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

1) разработаны методические рекомендации, пособия, пакеты программ решения задач с помощью компьютера по всем разделам вузовского курса «Общей физики», обеспечивающие овладение современными методами физики;

2) разработаны методические рекомендации, пакеты программ модельных и имитационных лабораторных работ по разным разделам школьного курса физики для практической реализации применения компьютера в процессе обучения;

3) созданы, апробированы и внедрены вузовские спецкурсы (“Решение физических задач с помощью компьютера”, “Методика решения задач по физике”, “Методика решения физических задач с помощью компьютера”, “ЭВМ в физическом практикуме”), разработаны учебные программы, планирование занятий, дидактический материал для проведения занятий.

Апробация и внедрение результатов работы осуществлялись в школах Кабардино-Балкарской Республики, в лицее КБГУ для одаренных детей и в вузах (КБГУ, г. Нальчик, ИнГУ, г. Назрань).

Содержание материала нашло отражение в курсах и спецкурсах, читавшихся в течение ряда лет на физическом факультете Кабардино-Балкарского государственного университета и ИУУ (ИПК и ПРО КБГУ).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.