автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Формирование у студентов технических вузов умений моделирования при решении физических задач

Автореферат диссертации по теме "Формирование у студентов технических вузов умений моделирования при решении физических задач"

Шабунина Наталья Владимировна

На правах рукописи

ФОРМИРОВАНИЕ У СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ УМЕНИЙ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Москва 2014

4 ДЕК 2014

005556170

Работа выполнена на кафедре общей физики института естественных наук и технологий ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) государственный университет им. М.В. Ломоносова»

Официальные оппоненты: Масленникова Людмила Васильевна

доктор педагогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева», кафедра общенаучных дисциплин, профессор кафедры

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»»

Защита состоится «16» февраля 2015 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу: 119435, г. Москва, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский педагогический государственный университет» по адресу: 119991, г. Москва, ул. М. Пироговская, д. 1. и на официальном сайте университета wwvv.nipgu.edu.

Автореферат разослан «_» ноября 2014г.

Научный руководитель доктор педагогических наук, профессор ШАРОНОВА Наталия Викторовна

Демидова Марина Юрьевна

кандидат педагогических наук, ГАУ «Московский центр качества образования», заведующий экспертно-аналитическим отделом

Ученый секретарь диссертационного совета

Прояненкова Лидия Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Современное общество и производство, испытывая потребность в компетентных специалистах в различных областях (автоматика, машиностроение, строительство, энергетика, электроника, робототехника и др.), ставит перед высшим профессиональным образованием, в том числе техническим, задачу подготовки высококвалифицированных кадров по всем основным направлениям в соответствии с потребностями общества и государства.

Переход к стандартам III поколения, обусловленный реформой высшего образования, не только привел к появлению двухуровневой системы высшего образования, но и предъявил новые требования к процессу обучения студентов в вузе. На сегодняшний день в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) выпускник в результате освоения учебной дисциплины должен приобрести знания, владеть умениями, соответствующими направлению подготовки, а также обладать сформированными общекультурными, профессиональными компетенциями и освоить основные виды профессиональной деятельности.

Овладение компетенциями и основными видами профессиональной деятельности неразрывно связано с обучением студентов вузов методам научного и учебного познания. Анализ компетенций, которые должны быть сформированы при подготовке по разным направлениям, проведенный на основе изучения ФГОС ВПО и составленных в соответствии с ним учебных планов и рабочих программ Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова (С(А)ФУ), показал, что одним из таких методов является метод моделирования.

С одной стороны, обзор направлений подготовки, для которых компетенции в применении основных законов естественнонаучных дисциплин, методов математического анализа и моделирования в рамках теоретического и экспериментального исследований в профессиональной деятельности свидетельствует о том, что при изучении дисциплины «Физика» формируются общекультурные (OK) и профессиональные (ПК) компетенции, например, для направления агрохимия и агропочвоведение (110100.62) это ПК-1; нефтегазовое дело (131000.62) - ПК-2; теплоэнергетика и теплотехника (140100.62) - ПК-2;электроэнергетика и электротехника (140400.62) — ПК-2; мехатроника и робототехника (221000.62) - ОК-9; информационные системы и технологии (230400.62) - OK-10; строительство (270800.62) - ПК-1.

С другой стороны, выполнение основных видов профессиональной деятельности инженером неразрывно связано с созданием моделей технического объекта, работой с ней и переносом знаний, полученных в ходе работы с моделью, на реальный технический объект.

Проблемой обучения моделированию как методу научного познания, формирования у студентов высших учебных заведений умений моделирования объектов и явлений при решении физических задач занимались Арюкова O.A., Королев М.Ю., Мещерякова С.И., Петросян В.Г и др., однако проблема обучения студентов работе с моделью объекта познания (физического объекта, явления, процесса) через исследование ее изменения при решении задач по физике не рассматривалась.

Авторами разработаны методики обучения студентов в ходе решения физических задач находить, строить, создавать модели (математические, компьютерные) физического объекта, явления, процесса, задачи; работать с ними; проверять модели на адекватность объекту; анализировать результаты моделирования.

Анализ результатов анкетирования преподавателей кафедр базовых и специальных дисциплин, преподавателей выпускающих кафедр, проведенного на констатирующем этапе педагогического эксперимента, свидетельствуют о понимании преподавателями значимости формирования умений моделирования у будущих инженеров. Но при этом, результаты анкетирования студентов I и II курсов технического вуза показали, что уровень сформированности этих умений у будущего инженера, по мнению преподавателей, значительно ниже, чем требуется.

Таким образом, анализ ФГОС ВПО, философской и научно-методической литературы, обобщение результатов констатирующего эксперимента по исследованию сформированности умений моделирования у студентов технического вуза при изучении курса физики позволяет сделать вывод о наличии противоречий между:

- необходимостью овладения будущим инженером умениями моделирования, возможностями обучения физике и, в частности решению физических задач, в инженерном вузе в формировании данных умений и существующими методиками обучения физике, не позволяющими в полной мере решить данную задачу;

- требованиями, предъявляемыми к уровню сформированности умений моделирования у будущего инженера, и реально существующим уровнем сформированности данных умений у студентов технического вуза.

Переход к ФГОС ВПО обусловил увеличение числа часов, отводимых на практические занятия, и именно на практических занятиях по решению задач могут успешно формироваться профессионально значимые для будущего инженера умения.

Указанные противоречия определили актуальность рассматриваемой проблемы и выбор темы исследования «Формирование у студентов технических вузов умений моделирования при решении физических задач».

Проблема исследования заключается в поиске ответа на вопрос, каким образом следует организовать процесс обучения студентов технического вуза на практических занятиях по решению физических задач, чтобы он способствовал формированию умений моделирования объектов познания.

Объектом исследования является процесс обучения физике студентов технического вуза.

Предметом исследования является методика формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при решении физических задач.

Целью исследования выступает теоретическое обоснование и разработка методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении физических задач на практических занятиях.

Изучение литературы, анализ результатов констатирующего эксперимента и обобщение педагогического опыта привели к появлению идеи о том, что целесообразно при обучении будущих инженеров решению физических задач создавать условия для перехода от «простой» модели к более «сложной» и обеспечивать соответствие этапов решения задачи этапам моделирования, учитывая при составлении программы решения задачи соответствие действий в рамках умения моделирования и инженерной деятельности.

«Простую» модель объекта познания можно определить как модель, свойства которой отражают лишь отдельные свойства объекта познания, а «сложную» - как модель, свойства которой более приближены к свойствам объекта познания.

Гипотеза исследования представляет собой предположение о том, что обучение студентов технических вузов решению физических задач на практических занятиях может внести существенный вклад в формирование умений моделирования объектов познания, если:

- системы физических задач строить на основе принципа перехода от «простой» модели объекта познания к «сложной» путем добавления новых объектов исследования и(или) учета внешних факторов;

- при подборе задач и составлении программ их решения учитывать взаимосвязь деятельности инженера с действиями в структуре метода моделирования;

- при решении экспериментальной задачи как структурной единицы системы задач обеспечить соответствие этапов ее решения этапам моделирования.

При этом вклад, вносимый в формирование умений моделирования объектов познания, может быть оценен полнотой выполнения действий, соответствующих этапам метода моделирования.

Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. Выявить состояние исследуемой проблемы в теории и практике обучения физике в техническом вузе, определить уровень сформированности умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза.

2. На основании анализа психологической, технической, методической литературы, ФГОС и ГОС ВПО технических направлений подготовки обосновать необходимость формирования умений моделирования у будущих инженеров.

3. На основании теоретического анализа научной, педагогической и методической литературы выделить и определить состав умений моделирования объектов познания в курсе физики технического вуза.

4. Разработать модель методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при решении физических задач.

5. В соответствии с моделью методики сформулировать цели, разработать структуру и содержание практических занятий по физике, обеспечивающих формирование умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза.

6. Сформулировать методические рекомендации к организации практических занятий, обеспечивающих формирование умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при решении физических задач и разра-

ботать дидактические материалы для проведения аудиторной и внеаудиторной работы студентов.

7. Осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования и виды деятельности:

— теоретические — анализ философской, педагогической, технической, методической и учебной литературы по теме исследования; изучение и анализ ФГОС ВПО и диссертационных исследований по изучаемой проблеме; моделирование, проектирование и конструирование методики;

— экспериментальные - наблюдение, собеседование, анкетирование и тестирование студентов и преподавателей вуза; экспертная оценка разработанных материалов; экспериментальное преподавание; анализ результатов исследования.

Теоретико-методическую основу исследования составили:

— философские и методические аспекты процесса моделирования (К.Б. Баторо-ев, Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов, С.Е. Каменецкий, Г. Клаус, H.A. Солодухин, М.И. Старовиков, А.И. Уемов, В.А. Штофф и др.);

— результаты исследований по методике применения моделирования в вузах (O.A. Арюкова, И.П. Бирюкова, Н.В. Вознесенская, М.Ю. Королев, И.А. Ширшова, С.И. Мещерякова, Д.А. Саватеев, Н.В. Скоробогатова, С.А. Тимаева и

др-);

— основные положения инженерной деятельности (В.Г. Горохов, В.М. Розин, В.В. Колотилов, С.А. Лебедев, В.В. Морозов, В.И. Николаенко, Я.Ф. Таленс, B.C. Шейнбаум, B.C. Степин и др.);

— результаты исследований по методике обучения решению задач (И.Г. Антипин, С.Е. Каменецкий, В.П. Орехов, А.И. Слободянюк, A.B. Усова, H.H. Туль-кибаева, А.Ф. Эсаулов, Б.С. Беликов, Г.П. Стефанова, JI.M. Фридман, В.Г. Разумовский и др.);

— результаты исследования по методике преподавания физики в технических вузах (А.Е. Айзенцон, Н.В. Вознесенская, Г.В. Ерофеева, А.Б. Жмодяк, В.В. Ларионов, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова, Ю.Г. Родиошкина, A.A. Червова, и ДР-)-

Научная новизна результатов исследования

1. Доказана возможность формирования умений моделирования объектов познания у будущих инженеров на практических занятиях по решению физических задач.

2. Конкретизированы действия, соответствующие действиям, выполняемым при моделировании объектов познания: постановка задачи (формулирование цели, выделение и анализ объекта-оригинала), выбор или построение модели объекта-оригинала, исследование модели, анализ результатов исследования модели, интерпретация знаний, полученных при исследовании модели на объект-оригинал, применительно к решению систем теоретических и экспериментальных задач по физике в техническом вузе.

3. Разработана модель методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении физических задач, отличительными особенностями которой выступают общий подход к обучению

моделированию объектов познания при решении систем теоретических и экспериментальных задач с использованием перехода от «простой» модели объекта познания к более «сложной» модели и обучение моделированию объектов познания при решении экспериментальной задачи как структурной единицы системы задач.

4. Разработана методика формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при решении физических задач, учитывающая неравномерность комплектования студенческих групп и число часов, отводимых на практические занятия разных направлений подготовки, а именно:

- сформулированы цели и задачи практических занятий по обучению моделированию в курсе общей физики технического вуза;

- выявлено соответствие между знаниями и умениями, определяемыми содержанием курса общей физики, компетенциями, видами профессиональной деятельности инженерно-технических направлений подготовки студентов и знаниями и умениями в рамках процесса моделирования;

- наполнены содержанием подготовительный, обучающий и контрольный этапы организации практических занятий по решению систем теоретических и экспериментальных задач с целью формирования умений моделирования объектов познания во взаимосвязи аудиторной и внеаудиторной работы студента и преподавателя;

- создан комплекс дидактических материалов, включающий системы теоретических задач по физике, комбинированные системы задач по физике и задач с техническим содержанием, экспериментальные задачи, системы экспериментальных задач и направленный на формирование умений моделирования у будущих инженеров;

- разработаны средства диагностики сформированности умений моделирования объектов познания в ходе решения систем физических задач и экспериментальной задачи как ее структурной единицы.

Теоретическая значимость результатов исследования определяется вкладом в теорию и методику обучения физике в техническом вузе и состоит:

- в развитии идей обучения методу моделирования, играющего важную роль в профессиональной деятельности инженера, применительно к процессу обучения студентов технических вузов решению физических задач на практических занятиях;

- в выделении основных этапов моделирования объектов познания, реализация которых в ходе решения систем теоретических и экспериментальных физических задач способствует формированию общекультурных, профессиональных компетенций, элементов профессиональной деятельности у будущего инженера;

- в расширении понимания взаимосвязи фундаментальности и профессиональной направленности подготовки будущих инженеров при обучении физике студентов технического вуза.

Практическая значимость результатов исследования определяется тем,

что:

- конкретизировано содержание деятельности по решению экспериментальной

задачи; разработаны системы теоретических задач по физике, комбинированные системы задач по физике и задач с техническим содержанием, системы экспериментальных задач общим объемом 300 задач по механике, молекулярной физике, термодинамике, электродинамике, решение которых на практических занятиях по физике в техническом вузе способствует формированию умений моделирования объектов познания;

— разработаны методические указания по организации деятельности студентов и преподавателя на практических занятиях по решению систем физических задач в техническом вузе, направленные на формирование умений моделирования объектов познания.

Применение созданных в ходе исследования учебно-методических материалов способствует успешному формированию у студентов технических вузов умений моделирования объектов познания при решении физических задач.

На защиту выносятся следующие положения.

1. В основу методики формирования умений моделирования объектов познания при обучении студентов технических вузов решению систем физических задач целесообразно положить принцип перехода от «простой» модели объекта познания к более «сложной» и принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности при организации деятельности обучаемого по решению систем физических задач.

2. Формирование умений моделирования объектов познания у будущих инженеров при решении систем физических задач следует осуществлять на основе соответствия между знаниями и умениями, определяемыми содержанием курса физики технического вуза, компетенциями, видами профессиональной деятельности технических направлений подготовки, зафиксированными в ФГОС ВПО, и знаниями и умениями, соответствующими процессу моделирования объектов физического познания.

3. Формирование умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении физических задач на практических занятиях следует осуществлять поэтапно с учетом неравномерности комплектования студенческих групп и различий в числе часов, отводимых на такие занятия для разных направлений подготовки, при изучении каждого раздела курса физики, и такими этапами считать подготовительный, обучающий (включающий обучение обобщенным умениям метода моделирования при решении систем физических задач) и контрольный. Все этапы требуют обеспечения взаимосвязи аудиторной и внеаудиторной работы студентов и преподавателя и должны сопровождаться непрерывной диагностикой знаний и умений обучаемых.

4. Формирование умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов следует осуществлять при решении систем теоретических задач по общему курсу физики, комбинированных систем задач по физике и задач с техническим содержанием, систем экспериментальных задач, составленных на основе принципа перехода от «простой» модели объекта познания к более «сложной» модели путем добавления новых объектов исследования и(или) учета внешних факторов, экспериментальной задачи как структурной единицы системы задач.

Апробация результатов исследования осуществлялась на:

8

- IX, X, XI, XII Международных научно-методических конференциях «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, март 2010, 2011,2012, 2013);

- Международной школе-семинаре «Физика в системе высшего и среднего образования» (Москва, июнь-июль 2010, 2011);

- Всероссийской научно-практической конференции преподавателей высшей и средней школы «Физика и ее преподавание в школе и в вузе» IX, X Емельянов-ские чтения (Йошкар-Ола, апрель 2011,2012);

- Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов по итогам работы за 2011, 2012, 2013 годы в Северном (Арктическом) федеральном университете им. М.В. Ломоносова (Архангельск, январь-февраль 2011,2012, 2013).

Структура и содержание диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 156 наименования и 14 приложений. Общий объем диссертации составляет 223 страниц. Диссертация содержит 160 страниц основного текста, 35 таблиц, 1 схему, 34 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются проблема, объект, предмет, цель, гипотеза и задачи исследования, указываются методы исследования и виды деятельности, новизна, теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Говорится об апробации и имеющихся публикациях, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Моделирование в профессиональной деятельности будущего инженера» на основе анализа психологической, технической, методической, научной литературы, образовательных стандартов и диссертационных исследований конкретизированы понятия «инженер» как человек компетентный в своей профессиональной деятельности и «инженерная деятельность» как деятельность инженера, имеющего уровень компетентности, соответствующий определенным стандартам образования, в частности, высшего профессионального образования, направленная на создание, совершенствование, обеспечение функционирования, применение различных технических объектов или их систем и оценку последствий допускаемых ошибок, а также раскрыто содержание основных видов инженерной деятельности и показано, каким образом моделирование включено в элементы инженерной деятельности (таблица 1). Проведенный анализ позволил сделать вывод о профессиональной значимости умений моделирования для будущего инженера.

Таблица 1

Соответствие основных этапов конструирования и моделирования_

Этапы конструирования Этапы моделирования

1. Изучение технического задания: а) уточнение технического задания; б) поиск путей и средств выполнения технического задания. 1. Постановка задачи: а) формулирование цели моделирования; б) выделение и анализ объекта- оригинала.

2. Разработка и создание технического проекта: 2. Выбор или построение модели объекта-оригинала:

а) составление и выбор эскизов; б) макетирование по эскизам; в) изготовление опытного образца. а) разработка модели; б) подготовка к изготовлению модели; в) изготовление модели.

3. Испытание опытного образца. 3. Исследование модели.

4. Изучение результатов испытаний. 4. Анализ результатов исследования модели.

5. Корректировка технической документации. 5. Перенос полученных при исследовании модели знаний на объект-оригинал.

На основе изучения философской, педагогической, методической, учебной литературы и диссертационных исследований в главе анализируются и раскрываются понятия 1) модель как объект произвольной природы, отражающий главные с точки зрения решаемой задачи свойства исследуемого объекта и способный замещать изучаемый объект так, что исследование первого дает новую информацию о последнем; 2) моделирование как исследование объектов познания (предметов, процессов, явлений) на их моделях, с целью их объяснения и предвидения тех объектов познания, которые интересуют исследователя; 3) обобщенные умения как умственные и практические действия, выполняемые субъектом на основе понимания им научных основ и структуры метода моделирования и рассматриваются различные классификации моделей и виды моделирования. На основании проведенного анализа выделены основные этапы моделирования объектов познания (постановка задачи (формулировка цели, выделение и анализ объекта-оригинала); выбор или построение модели объекта-оригинала; исследование модели; анализ результатов исследования поведения модели; интерпретация знаний, полученных в результате исследования модели на объект-оригинал), а действия, выполняемые при реализации этих этапов, определены как умения моделирования объектов познания; обосновано, что умения моделирования, можно рассматривать как обобщенные умения.

Анализ диссертационных исследований, касающихся обучения методу моделирования как методу научного познания и формирования умений моделирования, применения моделирования как средства обучения физике в школе и вузе, показал, что:

— количество работ, связанных с обучением моделированию, с формированием умений моделирования, с использованием моделирования как средства обучения студентов технических вузов значительно меньше, чем исследований, проведенных для вузов других направлений подготовки;

— большая часть таких работ посвящена использованию разных видов моделирования как средства обучения, и лишь небольшая их часть связана с обучением методу моделирования, с формированием умений моделирования;

— среди проведенных исследований нет работ, связанных с формированием умений моделирования объектов познания на моделях любой природы (идеальных, материализованных, материальных), с обучением моделированию объектов познания при решении экспериментальной задачи, с формированием умений моделирования как обобщенных умений при изучении общей физики на первом и втором курсах технического вуза.

С целью оценки важности формирования и уровня сформированное™ умений моделирования у студентов технических вузов при применении традиционных методик обучения физике был проведен констатирующий этап педагогиче-

10

ского эксперимента. Проводилось анкетирование преподавателей базовых дисциплин (математики и физики), специальных дисциплин, выпускающих кафедр и студентов первого и второго курсов технических вузов. Результаты констатирующего этапа эксперимента показали, что значимость умений моделирования в профессиональной подготовке будущего инженера осознается всеми участниками образовательного процесса, но сформированность их у студентов технического вуза находится на низком уровне.

Таким образом, на основе анализа литературы, образовательных стандартов, диссертационных исследований, результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента обоснована необходимость разработки методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза в процессе обучения физике.

Во второй главе «Методика формирования у студентов технических вузов умений моделирования при решении физических задач» показана возможность обучения моделированию студентов технических вузов на практических занятиях, представлены разработанные в ходе исследования модель методики формирования умений моделирования объектов познания и методика формирования указанных умений у студентов технических вузов при решении систем теоретических и экспериментальных задач, экспериментальных задач при изучении курса физики.

В главе показано, что формирование умений моделирования у студентов технических вузов возможно при решении физических задач разных типов, найдено соответствие этапов решения учебной физической задачи и метода моделирования, соответствие этапов решения экспериментальной задачи и метода моделирования; обосновано, что обучение моделированию целесообразно осуществлять при решении систем физических задач, составление которых основано на использовании принципа перехода от «простой» модели объекта познания к более «сложной» модели (рис. 1) путем добавления новых объектов исследования и(или) учета внешних факторов.

Модель методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении физических задач представлена в виде блок схемы (схема 1) и содержит целевой, содержательный, процессуальный и диагностический компоненты.

Целевой компонент определяется идеей исследования о необходимости и возможности формирования умений моделирования (ставить задачу (формулировать цель, выделять и анализировать объект-оригинал), выбирать или строить модель объекта-оригинала, исследовать модель, анализировать результаты исследования поведения модели, интерпретировать знания, полученные в результате исследования модели на объект-оригинал) как обобщенных умений при решении физических задач.

Рис. 1. Переход от «простой» модели к «сложной»

Целевой компонент

формирование умений моделирования

М О

Д

Е Л

ь

м

Е Т О

Д и к и

ставить задачу:

- формулировать цель;

- выделять и анализировать объект-оригинал

выбирать или строить модель объекта-оригинала

исследовать модель

анализировать результаты исследования модели

интерпретировать знания, полученные при исследовании модели на объект-оригинал

Содержательный компонент

знания и умения

содержания дисциплины «Физика», компетенций и видов профессиональной деятельности студентов инженерно-технических направлений подготовки

метода моделирования

формы организации процесса обучения

Процессуальный компонент

методы обучения

выявление соответствия

практические занятия по решению сис-тем теоретических задач (I, II подходы)

практические занятия по решению систем экспериментальных задач

Диагностический компонент

средства обучения

виды контроля:

- входной; - итоговый;

- рубежный; - анализ эксперимен-

тальной деятельности

- репродуктивный;

- эвристический;

- исследовательский

поисково-исследова-тельская деятельность

-0 . г.

X -0 32В 2

1 ж -а

2 с н 2 ей п о

03 2 о,

н о 3" н

Г) н X

о ю о

и о X

• системы теоретических задач;

■ комбинированные системы задач;

• экспериментальная задача;

■ системы экспериментальных задач

Схема 1. Модель методики формирования у студентов технических вузов умений моделирования при решении физических задач

Содержательный компонент модели методики определяется выявлением соответствия знаний и умений, определяемых содержанием дисциплины «Физика», компетенциям и видам профессиональной деятельности инженерно-технических направлений подготовки студентов на входе и знаниями и умениями моделирования на выходе.

Процессуальный компонент модели методики определяет формы, методы и средства обучения. Исследование показало, что организация практических занятий по обучению моделированию при решении физических задач должна осуществляться разными подходами (таблица 2,3) в зависимости от наполняемости студентами групп и числа часов, отводимых на практические занятия, и включать подготовительный, обучающий и контрольный этапы. При этом в каждом из подходов организация практических занятий по обучению моделированию должна осуществляться во взаимосвязи аудиторной и внеаудиторной работы студентов и преподавателя. Реализация разных подходов к организации практических занятий по решению систем физических задач основана на воспроизведении обучаемым учебных действий по определенному алгоритму, предлагаемому по итогам проведенного исследования.

Средствами обучения студентов моделированию выступают системы теоретических задач по курсу общей физики, комбинированные системы задач по физике и задач с техническим содержанием, экспериментальные задачи, системы экспериментальных задач. Все средства обучения созданы на основе использования принципа усложнения модели при изучении объектов познания.

Диагностический компонент модели методики содержит входной, рубежный, итоговый контроли и анализ экспериментальной деятельности. Цели контрольных мероприятий и их место в процессе обучения студентов моделированию указаны в таблицах 2,3.

Таким образом, отличительными особенностями модели методики выступают единый подход в обучении моделированию объектов познания при решении систем теоретических и экспериментальных задач, возможность обучения моделированию объектов познания при решении экспериментальных задач.

В главе представлена структура практических занятий по формированию умений моделирования при решении систем теоретических и экспериментальных задач (таблицы 2,3) и определены действия по решению систем физических задач, соответствующие основным этапам процесса моделирования (таблица 4).

Таблица 2

Подходы к организации практических занятий по обучению студентов технических

вузов моделированию объектов познания при решении систем теоретических задач

Этап изуче- I подход для групп с малым количеством II подход для групп с количеством студентов бо-

ния курса физики студентов (порядка 10 человек) и небольшим количеством часов, отводимых на практические занятия (8-18 ч.) лее 10 человек и достаточным количеством часов, отводимых на практические занятия (18-36 ч.)

5

05 «

Р 3

н О и ч о с

1) Ознакомление преподавателя, до вводного занятия со студентами, с терминологией метода моделирования и организацией проведения практических занятий по формированию умений моделирования при решении систем теоретических задач;

2) Ознакомление студентов, на вводном занятии, преподавателем в форме собеседования с видами инженерной деятельности, общекультурными и профессиональными компетенциями, соответствующими их направлению подготовки, и важностью моделирования в их будущей деятельности инженера.

>5 К

3

Я <

>.

ра О

Цель: обучение студентов основным этапам метода моделирования и формирование у них умений моделирования при решении систем теоретических задач. Начало этапа - диагностика уровня сформированности умений моделирования.

1) Работа преподавателя со студентами по решению систем теоретических задач по теме, изучаемого раздела курса физики, заполнение таблицы 4 [обучение моделированию объектов познания при (после) решении(-я) системы задач] для соответствующей системы задач на каждом практическом занятии;

2) Самостоятельная работа студентов по решению систем теоретических задач и заполнение таблицы 4 для соответствующей системы во внеаудиторное время._

Работа преподавателя со студентами по решению систем теоретических задач по теме, изучаемого раздела курса физики, обсуждение действий, прописанных в таблице 4 [обучение моделированию объектов познания при (после) решении(-я) системы задач] в ходе решения системы задач на каждом практическом занятии.

«

Я _э Ч О о.

X

о

Ъ£

Виды контроля:

входной и итоговый

входной, рубежный и итоговый

Цель входного контроля: оценка начального уровня сформированности умений моделирования у студентов._

Входной контроль осуществляется после вводного занятия в ходе самостоятельной работы студентов с таблицей 4 после решения системы задач изучаемого раздела курса физики.

Входной контроль осуществляется после вводного занятия при заполнении анкеты. Анкета содержит задания на знание основ метода моделирования и умение его применять при решении теоретических задач по физике.

Цель рубежного контроля: получение сведений о ходе формирования умений моделирования при решении систем теоретических задач, их анализе и, как следствие, внесение корректировок в процесс обучения.

Осуществляется в ходе обучающего этапа, как в письменной (заполнение таблицы 4), так и в устной форме (опрос, собеседование).

Цель итогового контроля: выявление у студентов уровня сформированности

умений моделирования при решении систем теоретических задач. Осуществляется на последнем занятии в ходе самостоятельной работы студентов с таблицей 4 в которой не прописана последовательность действий во втором столбце после решения системы теоретических задач по теме, изучаемого раздела физики._

Таблица 3

Этапы организации практических занятий по обучению моделированию

объектов познания при решении систем экспериментальных задач_

Этап изучения курса физики

Содержание этапов изучения курса физики при решении систем экспериментальных задач

>8 3 ж

-о

|=: м н к т о н о

и |=1 О С

Цель: ознакомление студентов со способом обучения моделированию при решении экспериментальной задачи.

1. Ознакомление преподавателя, до вводного занятия со студентами, с терминологией метода моделирования; с соответствием основных этапов метода моделирования и этапов решения экспериментальной задачи; с организацией проведения практических занятий по формированию умений моделирования при решении систем экспериментальных задач.

2. Работа преподавателя, на вводном практическом занятии, со студентами включает:

- обсуждение важности овладения моделированием в соответствии с общекультурными, профессиональными компетенциями, видами инженерной деятельности их направления подготовки;

- ознакомление студентов с разными способами расчета погрешностей прямых и косвенных измерений;

- решение преподавателем экспериментальной задачи и заполнение им бланка для оформления решения экспериментальной задачи.

)5 Я

3

о <

V

£ о

Цель: формирование у студентов умений моделирования при решении экспериментальной задачи и систем экспериментальных задач.

Начало этапа —диагностики уровня сформированное™ умений моделирования.

1. Самостоятельная работа студентов во внеаудиторное время до практического занятия по заполнению нескольких пунктов бланка для оформления решения экспериментальной задачи для каждой экспериментальной задачи решаемой системы;

2. Решение экспериментальных задач системы студентами и заполнение остальных пунктов бланка для оформления решения экспериментальной задачи на каждом практическом занятии;

3. Собеседование студентов с преподавателем по заполнению таблицы 4 [обучение моделированию объектов познания при(после) решении(-я) системы задач] после решения всех экспериментальных задач системы;

4. Самостоятельная работа студентов по заполнению таблицы 4 во внеаудиторное время.

Виды контроля:

входной, итоговым и анализ экспериментальной деятельности. Цель входного контроля: оценка начального уровня сформированности умений моделирования у студентов. Проводится на вводном практическом занятии в форме анкетирования. Анкета содержит задания на знание теоретических основ моделирования и элементов деятельности, выполняемых при решении экспери ментальной задачи.

Анализ экспериментальной деятельности: оценка преподавателем при собеседовании или на консультации полноты выполнения студентами действий по решению экспериментальных задач. Осуществляется в ходе обучающего этапа при решении экспериментальных задач и заполнении бланка для оформления решения экспериментальной задачи.

Цель итогового контроля: выявление у студентов уровня сформированности умений моделирования при решении экспериментальной задачи и системы экспериментальных задач. Проводится на последнем практическом занятии в ходе самостоятельной работы студентов по заполнению бланка для оформления решения экспериментальной задачи при решении каждой экспериментальной задачи системы и с таблицей 4 в которой не прописана последовательность действий во втором столбце.

Таблица 4

Обучение моделированию объектов познания при (после) решении(-я) системы физических задач_

Этапы моделирования Действия, выполняемые студентами по освоению умений моделирования при (после) решении(-я) системы задач

1. Постановка задачи: а) формулирование цели; б) выделение и анализ объекта-оригинала 1) Внимательно просмотрите условие (решение) каждой задачи системы; 2) проанализируйте условия (решения) задач системы и сформулируйте цель исследования. Определите объект исследования, рассматриваемый в системе задач (объектами исследования могут быть физические объекты, явления, технические устройства, свойства которых характеризуются физическими величинами)

2. Выбор или построение модели объекта-оригинала В системе задач выделите: 1) «простую модель» изучаемого объекта; МОДЕЛЫ: ... 2) более «сложную модель» этого же объекта, учитывая её изменение (добавление других объектов исследования и(или) влияние внешних факторов) МОДЕЛЬ 2: ... (укажите причину изменения модели) 3) и т.д.

3. Исследование модели Математически опишите изменение моделей(1,2,....) в задачах системы, используя физические законы ...

4. Анализ результатов исследования модели Проанализируйте числовые ответы (или ответы в общей форме) изменения моделей в задачах системы.

5. Интерпретация знаний, полученных при исследовании модели на объект-оригинал Обобщите результаты, полученные в пункте 4, проверьте их на достоверность и соотнесите их с исследуемым объектом.

В главе приведены примеры заданий и фрагментов занятий по формированию умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении системы теоретических задач по физике, комбинированной системы задач по физике и задач с техническим содержанием, экспериментальных задач, системы экспериментальных задач (таблица 5).

Таблица 5

Системы физических задач_

Система задач Объект познания (ОП) Изучение ОП через исследование модели Знания, полученные об ОП при исследовании модели

по физике и с техническим содержанием прихват детали МОДЕЛЬ 1: однородный стержень. МОДЕЛЬ 2: прихват детали. МОДЕЛЬ 3: прихват детали другой формы. Сила зажима детали прихватом зависит от его формы и наличия трения. Величина силы зажима увеличивается при учете трения не только в оси прихвата, но и между при жимом и деталью.

экспериментальных равноускоренное движение маятника Максвелла МОДЕЛЬ 1: маятник Максвелла с картонкой в виде диска. МОДЕЛЬ 2: маятник Максвелла с квадратной картонкой. МОДЕЛЬ 3: маятник Максвелла с треугольной картонкой. Ускорение оси маятника Максвелла зависит от его формы. При чем, если изменение формы маятника приводит к уменьшению момента инерции в половину (при т=сот1, Ь=сот1), то ускорение оси маятника увеличивается примерно в два раза.

теоретических по общему физики курсу равнопеременное движение автомобиля МОДЕЛЬ 1: автомобиль с гладкими шинами, движущийся по мокрой поверхности без проскальзывания. МОДЕЛЬ 2: автомобиль с гладкими шинами, но хорошими тормозами, движущийся по мокрой поверхности без проскальзывания с учетом реакции водителя. МОДЕЛЬ 3: автомобиль с гладкими шинами и хорошими тормозами, скользящий по мокрой поверхности с учетом реакции водителя. 1) Величина тормозного пути автомобиля с гладкими шинами, движущегося по одной и той же поверхности зависит от того движется автомобиль без проскальзывания по поверхности (катится) или скользит по ней. Тормозной путь автомобиля катящегося по дороге меньше, чем тормозной путь скользящего автомобиля. 2) Величина тормозного пути автомобиля с разными шинами, движущегося по разным поверхностям зависит от сцепления шин с по-

МОДЕЛЬ 4: автомобиль с новыми шинами, движущийся по сухой поверхности._

верхностью (от трения). Чем больше сцепление шин с дорогой, тем меньше тормозной путь._

В третьей главе «Экспериментальная проверка вклада разработанной методики в формирование у студентов технических вузов умений моделирования при решении физических задач» дается общая характеристика педагогического эксперимента, проведенного в три этапа (констатирующий, поисковый и обучающий) с 2009 - 2013гг. (таблица 6).

Таблица 6

Общая характеристика педагогического эксперимента_

Этап Констатирующий Поисковый Обучающий

Цель Выявление понимания значимости умений моделирования объектов познания участниками образовательного процесса и уровня сформированное™ этих умений у студентов технических вузов Разработка методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении физических задач, внедрение ее элементов в процесс обучения и ее корректировка Проверка гипотезы исследования о вкладе разработанной методики в формирование умений моделирования объектов познания при решении задач

Методы - анкетирование; - беседы с преподавателями базовых кафедр, кафедр специальных дисциплин, выпускающих кафедр - наблюдение; - экспериментальное преподавание; - анкетирование; - анализ работ участников эксперимента - экспериментальное преподавание; - статистическая обработка результатов обучения контрольных и экспериментальных групп

Экспериментальная база Институт естественных наук и биомедицины, Институт математики, информационных и космических технологий, Институт энергетики и транспорта, Институт строительства и архитектуры Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова (г. Архангельск) Институт математики, информационных и космических технологий, Институт энергетики и транспорта, Институт нефти и газа, Институт строительства и архитектуры, Лесотехнический институт Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова (г. Архангельск) Институт математики, информационных и космических технологий, Институт энергетики и транспорта, Институт нефти и газа, Институт строительства и архитектуры Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова (г. Архангельск) Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (филиал «Рузаевский институт машиностроения», г. Саранск)

Сроки 2009-2011 гг. 2011-2012 гг. 2012-2013 гг.

Число уча- 76 преподавателей 3 преподавателя 7 преподавателей

ситников разных кафедр 179 студентов 231 студент

87 студентов

Констатирующий эксперимент проводился в два этапа и состоял на I этапе в анкетировании преподавателей кафедры математики и физики, преподавателей кафедр специальных дисциплин и преподавателей выпускающих кафедр технического вуза и на II этапе - в анкетировании студентов 1 и 2 курсов.

Респондентами II этапа исследования были: 1) преподаватели кафедры физики (16 человек) ИЕНБ и кафедры математики (11 человек) ИМИКТ САФУ, то есть преподаватели базовых дисциплин естественнонаучного цикла, изучаемых на первом и втором курсах технического вуза; 2) преподаватели кафедры робототехнических систем, машин и оборудования лесного комплекса - 14 человек, кафедры материаловедения и технологии конструкционных материалов - 9 человек, кафедры транспортных машин - 11 человек ИЭиТ САФУ, то есть преподаватели специальных дисциплин профессионального цикла, изучаемых на третьем и четвертом курсах технического вуза; 3) преподаватели композиционных материалов и строительной экологии - 8 человек и кафедры строительного производства - 7 человек ИСиА САФУ, то есть преподаватели выпускающих кафедр.

Для оценки понимания значимости формирования умений моделирования объектов познания и уровня сформированное™ этих умений у студентов технического вуза при изучении курса общей физики преподавателям была предложена анкета, в которой требовалось оценить по десятибалльной шкале следующие умения: формулировать задачу исследования; выделять объект исследования; создавать, выбирать модель как заместителя исследуемого объекта-оригинала; находить сходства и различия между моделью и объектом-оригиналом; исследовать модель; проводить анализ результатов исследования поведения модели; переносить знания, полученные в результате исследования модели, на объект-оригинал.

Обобщение результатов исследования путем сравнения понимания значимости и сформированности умений моделирования по среднему баллу среди преподавателей разных кафедр (рис. 2) показало, что уровень сформированности выделенных умений примерно в два раза ниже желаемого.

Таким образом, видно, что как преподаватели базовых дисциплин,работающие со студентами первого и второго курсов, так и преподаватели специальных дисциплин и выпускающих кафедр, работающие на третьем и четвертом курсах, осознают значимость формирования умений моделирования объектов познания и утверждают, что уровень сформированности таких

ю

8 7 6 -4 |

3 4 5 умения

• уровень значимости

■ уровень сфорыиров АННОС тн

Рис. 2. Сравнение результатов значимости и сформированности умений моделирования

умений у студентов как в начале, так и в конце обучения в вузе мало отличаются и являются недостаточно высокими.

О невысоком уровне сформированности умений моделирования объектов познания свидетельствуют также и результаты анкетирования студентов.

Результаты анкетирования студентов показали, что большинство студентов могут обозначить модели объектов

познания в предложенном подробном решении физической задачи, но не обладают умением самостоятельно создавать, выбирать модели в предлагаемой физической ситуации; у значительной части студентов недостаточно развиты такие умения как исследование поведения модели, перенос знаний, полученных в результате исследования модели, на объект-оригинал.

Результатами поискового этапа педагогического эксперимента явились:

— форма представления физических задач, демонстрирующая этапы моделирования в виде совокупности задач, объединенных в систему по принципу усложнения модели объекта познания;

— методика проведения практических занятий по решению систем физических задач с целью формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза;

— методические пособия, включающие рекомендации к организации практических занятий, примеры решения систем физических задач по разработанной методике, системы теоретических задач по общему курсу физики - 165 задач, комбинированные системы задач по физике и задач с техническим содержанием — 55 задач, системы экспериментальных задач - 80 задач по разным темам для осуществления аудиторной и внеаудиторной работы.

Общая характеристика этапов обучающего эксперимента приведена в таблице 7. Таблица 7

Общая характеристика обучающего эксперимента

Этап I II III IV

Сроки 2012 г. 2013 г. 2013 г. 2013 г.

Цель Осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования по оценке вклада разработанной методики в формирование умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов при решении физических задач.

Участники 48 студентов 1 и 2 курсов Института строительства и архитектуры, Института энергетики и транспорта САФУ им. М.В. Ломоносова; 2 преподавателя 69 студентов 1 и 2 курсов Института строительства и архитектуры, Института нефти и газа САФУ им. М.В. Ломоносова; 2 преподавателя 97 студентов 1 и 2 курсов Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева; 2 преподавателя 17 студентов 1 курса Института энергетики и транспорта, Института математики, информационных и космических технологий САФУ им. М.В. Ломоносова; 1 преподаватель

а =

I I

- >>

Е о

о. я

те 44

8 Я 2

о о.

е

I и II подходы организации практических занятий по решению систем теоретических задач по курсу общей физики и комбинированных систем задач по физике и задач с техническим содержанием.

I и скорректированный II подходы организации практических занятий по решению систем теоретических задач по общему курсу физи-

Скорректированный II подход организации практических занятий по решению систем теоретических задач по курсу общей физики и комбинированных систем задач по физике и задач с техническим содержанием.

Практические занятия по решению систем экспериментальных задач.

н ■а

Выявлена эффективность I подхода в организации практических занятий по обучению моделированию объектов познания и необходимость корректировки II подхода.

Подтверждена эффективность I подхода в организации практических занятий по формированию умений моделирования объектов познания, выявлена положительная динамика в уровня сформированности умений моделирования объектов познания у студентов).

Подтверждена эффективность скорректированного II подхода организации практических занятий по формированию умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов.

Выявлено, что уровень сформированности умений моделирования объектов познания при решении систем экспериментальных задач и экспериментальных задач систем у студентов экспериментальной группы выше, чем у студентов контрольной группы._

В ходе обучающего этапа педагогического эксперимента проверялась гипотеза исследования по оценке вклада разработанной методики в формирование умений моделирования на основе определения уровня сформированности таких умений, как постановка задачи (формулировка цели исследования, выделение и анализ объекта-оригинала), выбор или построение модели объекта-оригинала, исследование модели, анализ результатов исследования поведения модели, интерпретация знаний, полученных в результате исследования модели на объект-оригинал при решении систем физических задач и экспериментальной задачи как структурной единицы системы задач.

Уровень сформированности каждого выделенного умения оценивался нами баллами (таблица 8), а полнота их выполнения при решении задачи или системы задач определялась как сумма.

Таблица 8

Распределение баллов по уровням сформированности умения метода моделирования

Уровень сформированности умения моделирования Критерий оценки Балл

низкий студент при(после) решении(-я) задачи или системы задач не может осуществить действие, соответствующее этапу моделирования 0

средний студент при(после) решении(-я) задачи или системы задач может осуществить действие, соответствующее этапу моделирования лишь частично 0,5

высокий студент при(после) решении(-я) задачи или системы задач может осуществить действие, соответствующее этапу моделирования полностью 1

Таким образом, значение полноты выполнения действий студентом в процессе моделирования варьировалось в пределах от 0 до 5 баллов.

Для установления различий полноты выполняемых действий в процессе моделирования между экспериментальной (ЭГ) и контрольной (КГ) группами, использовали критерий Манна-Уитни (и), предназначенного для оценки различий между двумя выборками по уровню какого-либо признака, измеренного количественно.

В начале эксперимента с помощью и-критерия нами была проведена оценка различий в уровне сформированности умений моделирования объектов познания у студентов ЭГ и КГ по результатам входного контроля I и II подходов организации практических занятий. По результатам расчета было установлено, что существенных различий в уровнях сформированности умений моделирования с уровнем статистической значимости р<0,05 нет.

В конце эксперимента с помощью и-критерия нами была проведена оценка различий в уровне сформированности умений моделирования объектов познания у студентов ЭГ и КГ по результатам итогового контроля I и II подходов организации практических занятий. Диагностика результатов позволила нам констатировать, что для уровня статистической значимости р<0,05 уровень сформированности умений моделирования объектов познания у студентов КГ ниже, чем у студентов ЭГ.

В конце I этапа обучающего эксперимента был определен коэффициент результативности (Яе) I и II подходов организации практических занятий по формированию умений моделирования отношением среднего значения результатов итогового контроля к среднему значению результатов входного контроля при I подходе и текущего контроля при II подходе. В результате получили: Яе I подхода = 1,76, Яе п подхода = 1,00. Сравнение Яе х подхода > Яе п подхода указывает на эффективность первого подхода организации практических занятий по обучению моделированию студентов технического вуза и необходимость внесения корректировок в процесс обучения при втором подходе организации занятий.

Корректировка II подхода организации практических занятий по решению систем физических задач заключалась в том, что текущий контроль, одно-

кратно осуществляемый в течение семестра, был заменен на рубежный контроль, который необходимо было проводить в конце изучения какого-либо раздела курса общей физики. Рубежный контроль осуществлялся через самостоятельную работу студентов с таблицей 4 при(после) решении(-я) системы физических задач в аудиторное время. Анализ результатов рубежных контролей проведенных при скорректированном II подходе организации практических занятий на II и III этапах обучающего эксперимента показал, что в среднем при переходе от одного рубежного контроля к другому наблюдается положительная динамика.

В связи с тем, что во II этапе обучающего эксперимента осуществлялась апробация скорректированного II подхода организации проведения практических занятий, разработанной методики была проведена оценка достоверности сдвига в значениях исследуемого признака.

Для оценки сдвига в результатах итогового контроля II подхода организации проведения практических занятий I и II этапов обучающего эксперимента мы воспользовались критерием ср - угловым преобразованием Фишера, позволяющим определить достоверность различий между процентными долями двух независимых эмпирических выборок, в которых зарегистрирован интересующий нас эффект.

При обработке результатов предполагалось, что студент, участвующий в экспериментальном обучении моделированию овладел умениями данного метода, если полнота выполняемых им действий больше трех баллов, то есть больше 50% и наоборот, если - полнота меньше либо равна трем баллам.

Результаты расчета показали, что для уровня статистической значимости р<0,05 доля студентов у которых полнота освоения умениями моделирования больше трех баллов в КГ меньше, чем в ЭГ. Следовательно, наблюдается положительный сдвиг в значениях исследуемого признака, а именно, уровня сформированное™ умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при применении скорректированного II подхода организации практических занятий по решению систем физических задач.

В ходе IV этапа обучающего эксперимента нами было проведено обучение студентов технического вуза моделированию объектов познания не только при решении систем экспериментальных задач, но и при решении экспериментальной задачи, являющейся структурной единицей системы задач.

Формирование умений моделирования объектов познания при решении систем экспериментальных задач осуществлялось по той же методике, что и при решении систем теоретических задач , а обработка результатов эксперимента проводилась по U-критерию с уровнем статистической значимости р<0,05.

Помимо обработки результатов обучения студентов технического вуза моделированию объектов познания при решении систем экспериментальных задач нами была проведена оценка результатов обучения студентов моделированию объектов познания при решении экспериментальной задачи как структурной единицы системы задач. Качественная и количественная оценка обучения моделированию студентов технического вуза при решении эксперимен-

тальной задачи показала, что уровень сформированноети умений моделирования повышается.

Таким образом, результаты педагогического эксперимента показали, что разработанная методика позволяет внести существенный вклад в формирование у студентов технических вузов умений моделирования объектов познания при решении физических задач и подтвердили гипотезу исследования.

В заключении подводятся итоги исследования, формулируются основные результаты исследования, обсуждаются перспективы дальнейших исследований.

В приложениях приведены анкеты, бланки, используемые для констатирующего, поискового и обучающего этапов педагогического эксперимента, примеры решения систем теоретических задач по физике, комбинированных систем задач по физике и задач с техническим содержанием, систем экспериментальных задач по формированию умений моделирования объектов познания, представлены отчеты студентов по решению систем теоретических и экспериментальных задач.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Показано, что в настоящее время нет работ связанных с формированием умений моделирования как обобщенных умений при изучении общей физики на первом и втором курсах в технических вузах, с обучением моделированию в ходе решения экспериментальной задачи и доказано, что участники образовательного процесса вуза понимают значимость формирования умений моделирования, являющихся неотъемлемой частью в дальнейшей подготовке будущего инженера, но уровень их сформированноети у студентов технического вуза при применении традиционных методик изучения курса общей физики является низким.

2. На основе анализа соответствия знаний и умений, определяемых содержанием дисциплины «Физика», компетенциям и видам профессиональной деятельности инженерно-технических направлений подготовки студентов согласно ФГОС ВПО показана необходимость формирования таких профессионально значимых умений, как умений моделирования объектов познания.

3. Выделены основные этапы метода моделирования: постановка задачи (формулировка цели, выделение и анализ объекта-оригинала); выбор или построение модели объекта-оригинала; исследование модели; анализ результатов исследования модели; интерпретация знаний, полученных при исследовании модели на объект-оригинал, а действия, выполняемые при реализации данных этапов определены как обобщенные умения моделирования.

4. Разработана модель методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при решении физических задач на практических занятиях, выделены и наполнены содержанием ее основные компоненты (целевой, содержательный, процессуальный и диагностический) с учетом их реализации в сочетании управляющей деятельности преподавателя и управляемой учебной деятельностью студента.

5. Предложена методика поэтапного формирования умений моделирования объектов познания у студентов технического вуза при решении систем физиче-

ских задач с применением разных подходов организации практических занятий по физике.

6. Разработаны и опубликованы методические пособия, содержащие рекомендации к проведению практических занятий, примеры решения систем физических задач в соответствии с разработанной методикой, системы теоретических задач по общему курсу физики, комбинированные системы задач по физике и задач с техническим содержанием, системы экспериментальных задач.

7. Проведен педагогический эксперимент, подтвердивший гипотезу исследования о вкладе разработанной методики в формирование у студентов технических вузов умений моделирования объектов познания при решении физических задач.

В качестве возможных направлений дальнейших исследований может выступать разработка методики формирования умений моделирования объектов познания у студентов технических вузов в рамках других форм работы (например, лабораторный практикум, исследовательский проект, курсовая работа, расчет-но-графическая работа и т.п.) в курсе общей физики на основе использования общего принципа усложнения модели.

Основное содержание результатов диссертационного исследования отражено в 14 публикациях (общий объем 9,94 п.л., авторских - 9,765 п.л.).

Статьи в рецензируемых журналах.

1. Шабунина Н.В. Обучение моделированию при решении экспериментальных задач в школе и вузе// Школа будущего. - 2013. - №1. Февраль. - С. 82-87. (0,38

П.Л.).

2. Шабунина Н.В., Фролова Л.Н. О необходимости введения пропедевтического курса физики в технических вузах// Вестник Северного (Арктического) федерального университета: серия «гуманитарные и социальные науки». - 2013. -№4. - С.147-150. (0,25 п.л., авт. - 0,125 п.л., авт. - 50%).

3. Шабунина Н.В. Обучение студентов технических вузов моделированию при решении систем физических задач// Педагогическое образование в России. -2014. - №7. - С. 49-55. (0,44 п.л.).

Учебно-методические пособия, статьи, тезисы докладов.

4. Шабунина Н.В. Разные подходы к обучению методу моделирования студентов технического вуза// Научное обозрение: гуманитарные исследования. - 2012. - №4. -С.43-48. (0,38 п.л.).

5. Шабунина Н.В. Физика: теоретические задачи: методические указания к практическим занятиям. Архангельск: Изд-во С(А)ФУ им. М.В. Ломоносова, 2013. 68с. (4,25 п.л.).

6. Шабунина Н.В. Физика: экспериментальные задания и задачи: методические указания к практическим занятиям. Архангельск: Изд-во С(А)ФУ им. М.В. Ломоносова, 2013. 39с. (2,44 п.л.).

7. Шабунина Н.В. Моделирование в профессиональной подготовке инженера.// Материалы 9-й Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». Часть 2. М.: Рязань, 2010. С. 103-107. (0,3 п.л.).

8. Шабунина Н.В. Исследование значимости формирования умений моделировать и уровня их сформированности у студентов технического вуза.// Материалы X Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и

перспективы развития», посвященной 110-летию факультета физики и информационных технологий МПГУ. Часть 2. М.: МПГУ, 2011. С. 143-145. (0,18 пл.).

9. Шабунина Н.В. Применение метода моделирования при решении физических задач в техническом вузе. // Физика и ее преподавание в школе и в вузе. IX Емельяновские чтения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции преподавателей высшей и средней школы/ Map. Гос. ун-т; под ред. В.А. Белянина, H.JI. Куриле-вой. Йошкар-Ола, 2011. С. 262-265. (0,25 пл.).

10. Косилова Е.А., Шабунина Н.В. Решение экспериментальных задач - один из способов обучения моделированию студентов технического вуза при изучении физики. // Физика и ее преподавание в школе и в вузе. X Емельяновские чтения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции преподавателей высшей и средней школы/ Map. Гос. ун-т; под ред. В.А. Белянина, Н.Л. Курилевой. Йошкар-Ола, 2012. С. 107-110. (0,25 пл., авт. - 0,20 пл., 75%).

11. Шабунина Н.В. Решение задач как способ обучения моделированию студентов технического вуза.// Материалы XI Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 110-летию со дня рождения А.В Перышкина. Часть 3. М.: МПГУ, 2012. С. 229-232. (0,25 пл.).

12. Шабунина Н.В. Экспериментальные результаты применения методики обучения моделированию студентов технического вуза при решении задач по физике.// Материалы XII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 90-летию со дня рождения С.Е. Каменецкого. Часть 2. М.: МПГУ, 2013. С. 258-262. (0,31 пл.).

13. Шабунина Н.В. О некоторых аспектах преподавания курса общей физики в САФУ.// Тезисы докладов Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования России». М.: АПР, 2010. С. 306-307. (0,13 пл.).

14. Шабунина Н.В. Элементы методики формирования умений моделировать при решении физических задач в техническом вузе.// Тезисы докладов Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования России». М.: АПР, 2011. С. 256-258. (0,13 пл.).

Заказ № 62-Р/11/2014 Подписано в печать 19.11.14 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,2

ООО "Цифровичок", г. Москва, Большой Чудов пер., д.5 ^^ тел. (495)649-83-30

(V^/'i www-cfr.ru ; e-mail: zakpark@cfr.ru