Конструирование дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий

Пичугин, Дмитрий Владимирович

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Конструирование дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий

Автореферат

Автор научной работы: Пичугин, Дмитрий Владимирович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Томск
Год защиты: 2005
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Конструирование дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий"

На правах рукописи

Пичугин Дмитрий Владимирович

КОНСТРУИРОВАНИЕ ДИДАКТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА НА ОСНОВЕ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

13.00.02 - Теория и методика обучения и воспитания (физика в общеобразовательной и высшей школе)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Томск-2005

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, доцент Ларионов Виталий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Новожилов Эдуард Дмитриевич;

кандидат педагогических наук, доцент Михайличенко Юрий Павлович

Ведущая организация:

ГОУ ДПО "Новосибирский институт повышения квалификации и

переподготовки работников образования"

Защита состоится 23 декабря 2005г. в 14-00 часов на заседании

диссертационного совета К212.266.01 при Томском государственном

педагогическом университете по адресу: 634041, г. Томск, пр. Комсомольский, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан 22 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат педагогических наук ' ^ { Румбешта Е.А.

2-99**?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Основным критерием научно-технической деятельности выпускников технических университетов становится способность и готовность создавать новые поколения техники и устройств, востребованных рынком, что невозможно без разработки соответствующих деятельностных технологий обучения. В связи с этим в технических вузах широко обсуждаются проблемы соотношения научного и технологического образования в сторону признания большего приоритета за технологическим образованием. Конкретные разработки дидактических, психологических и педагогических аспектов данной проблемы всегда востребованы, поэтому исследования в данной области являются актуальными и составляют основную цель настоящей диссертации, где также уделяется большое внимание физическому содержанию инновационных технологических задач, возникающих в будущей профессиональной деятельности студентов. Вместе с тем проблема фундаментализации образования также всегда была приоритетной. Особое внимание данному вопросу уделяется в работах

A.А.Вербицкого, А.Д.Гладуна, Ю.А.Гороховатского, В.М. Зеличенко, Н.И.Кудрявцева, В.В. Лаптева, А.Н.Мансурова, В.М. Монахова,

B.И. Николаева, Э.Д.Новожилова, Н.С.Пурышевой, В.В. Обухова, Е.А. Румбешта, В.А.Стародубцева, В.В.Тихомирова, Н.В. Шароновой, М.Б.Шапочкина, В.Д.Шадрикова, Т.Н. Шамало и др. При решении этой проблемы возникает вопрос о соотношении фундаментальных основ и физического содержания технических задач будущей профессиональной деятельности студентов. Превращение технических университетов в инновационные добавляет к рассматриваемой проблеме вопросы, формирующие умение работать со знаниями, информацией и технологиями: находить и формировать их, оценивать, структурировать, организовывать и преобразовывать. Эти вопросы можно решить, применяя новые информационные технологии в процессе обучения.

Фундаментальное физическое образование должно и остается таковым при любых реорганизациях курса общей физики. Однако методология и методики обучения могут и обязаны изменяться в соответствии с требованиями времени. Причины данного изменения вполне объективны и очевидны, но всегда требуют тщательного исследования на информационно-психологическом и педагогическом уровнях.

Достижение высокого качества инновационного технического образования возможно при условии применения соответствующего компьютерного обеспечения, а изменение содержания деятельности студентов может обеспечить проблемно-ориентированный подход к построению учебного процесса. Такой подход требует частичного отказа от репродуктивно-алгоритмического метода обучения, который может быть преобразован, сохраняя свои лучшие традиции, посредством совершенствования системы управления познавательной деятельностью по

конкретным дисциплинам.

Говоря о проблемно-ориентированном информационно-деятельностном подходе к обучению, мы понимаем такую методическую систему, которая основана на проблемном обучении с использованием средств новых информационных технологий и деятельностного подхода.

При данном подходе в учебный план включаются предметы, методологически формирующие умение работать со знаниями, информацией и технологиями- находить и формировать их, оценивать, структурировать, организовывать и преобразовывать. Эти задачи можно решить в рамках фундаментальных дисциплин, посредством усовершенствованного экспериментального сопровождения курса физики для студентов, обучающихся по направлениям и специальностям в области техники и технологии.

Проблемно-ориентированный информационно-деятельностный подход к обучению, построенный на соответствующих методических, психолого-педагогических и дидактических принципах, способен выполнить поставленные задачи, чем и вызвано появление данной диссертации, основанной на исследованиях автора в рассматриваемой области. Эти исследования базируются на фундаментальных работах российских ученых педагогов, психологов, физиков Отечественная школа российских ученых Б.С. Гершунского, С.Е. Каменецкого, Б.М. Яворского, Н.С. Пурышевой, В.Я. Синенко позволяет эффективно внедрять такое обучение в новом информационном XXI веке.

Кроме того, такой подход делает актуальным исследование проблемы использования экспериментальных задач на лабораторно-практических занятиях по курсу общей физики в техническом университете как одного из аспектов совершенствования профессиональной подготовки будущего инженера. Вопросы методики деятельностного обучения решению экспериментальных задач в физике также рассмотрены в фундаментальных работах В.Я. Синенко, С.С. Мошкова, Н.В Шароновой, Т.Н. Шамало и др.

Необходимость исследования проблемно-ориентированного

информационно-деятельностного подхода к изучению физики на лабораторно-практических занятиях вызывается следующими противоречиями:

- между необходимостью формирования умений работать со знаниями, информацией и технологиями в будущей профессиональной деятельности студента технических вузов и преимущественно репродуктивно-алгоритмическим методом обучения;

- между соотношением виртуальных (компьютерных) и материальных дидактических средств физического практикума.

Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и конструировании дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий, позволяющих повысить эффективность профессиональной подготовки студентов.

Объектом исследования является процесс обучения физике в ВУЗе. Предмет исследования: Принципы конструирования, структура обучения и опыт применения лабораторно - практических работ по физике.

В основу исследования была положена следующая гипотеза: если структуру обучения, включающую лабораторный практикум по физике, построить на основе информационной среды как совокупность выполнения виртуального и натурного эксперимента, осуществляя моделирование и проблематизацию, то можно создать такой комплекс лабораторно-практических работ, который позволит повысить творческий потенциал, способность решения проблемных ситуаций и уровень умений работать со знаниями, информацией и технологиями в будущей профессиональной деятельности студента.

Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезы, были поставлены следующие задачи исследования:

1. Провести анализ научно-педагогической литературы, методов и программных средств для совершенствования физического практикума (на основе достижений информационных технологий и их применения в педагогической науке).

2. Разработать структуру обучения, включающую виртуальный и натурный эксперимент, моделирование, проблематизацию и способствующую развитию творческого потенциала студента и способности решения проблемных ситуаций.

3. Сконструировать информационную среду размещения и комплекс лабораторно-практических работ по курсу общей физики на основе новых информационных технологий.

4. Определить условия и этапы осуществления учебной деятельности студентов при выполнении созданного комплекса лабораторно-практических работ.

5. Провести экспериментальное исследование педагогической эффективности разработанных лабораторно-практических занятий по физике.

Методологической основой исследования явились:

- в философском аспекте - теория познания, ее диалектический метод;

- в психологическом аспекте - теория структуры человеческой деятельности и учение о типах ориентированной основы действий П.Я. Гальперина и его сотрудников, основные положения об управлении деятельностью, разработанные Н Ф. Талызиной, теория и практика проблемно-контекстного и системного обучения A.A. Вербицкого, А М. Матюшкина (вузовский аспект теории);

- в общедидактическом и методическом аспектах - теория формирования обобщенных умений.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

1) анализ психолого-педагогической литературы по вопросу организации познавательной деятельности обучающихся, применению информационных технологий в обучении;

2) моделирование педагогического процесса обучения физики на лабораторно-практических занятиях;

3) моделирование физических процессов и явлений;

4) проведение педагогического эксперимента;

5) методы статистической обработки результатов педагогического эксперимента;

6) анализ документов;

7) изучение литературы по разработке программного обеспечения;

8) анкетирование;

9) психологическое тестирование. Этапы исследования

Исследование проводилось в несколько этапов с 2000 по 2005 гг.

1. Изучение и теоретический анализ научной литературы. Одновременно проводилась систематизация информационных технологий и их возможностей для целей создания и конструирования лабораторных работ. /2000-2002 гг./

2. Разработка теоретических основ совершенствования методики использования программных средств по созданию модельных и типовых образцов натурно-виртуальных приборов и средств анимации. Проведение пробного обучающего эксперимента с целью проверки эффективности отдельных положений разрабатываемой методики. /2002 -2003 гг./

3. Разработка проблемно-ориентированной методики обучения и ее апробация в учебном процессе. /2003-2005 гг./

4. Проведение расширенного эксперимента в ТПУ, осуществлялись обобщение и анализ результатов исследования, формулировались выводы, оформлялась диссертация. /2004-2005 гг./

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются:

- в научном обосновании методологии, дидактики конструирования лабораторно-практических работ нового типа.

- в создании интерактивной среды выполнения лабораторно-практических работ, способствующей формированию у студентов навыков проблемно-ориентированной деятельности и продуктивных знаний и умений при практическом изучении физики.

- в создании и развитии модели деятельности студентов, которая дает возможность: а) сделать решение лабораторно-практических задач в курсе общей физики составной частью профессиональной подготовки; б) развить обобщенные экспериментальные умения и навыки, способности решать проблемы; в) усилить мотивацию учебной деятельности в процессе изучения физики. При этом в условиях учебных занятий моделируется профессиональная деятельность, и студенты в процессе коллективного

взаимодействия переориентируются с учебной деятельности на инженерную деятельность.

Практическая значимость исследования заключается в разработке научно обоснованных рекомендаций по определению условий и этапов проведения лабораторно-практических занятий. В создании информационной среды размещения и в конструировании лабораторно-практических работ по курсу общей физики и их внедрении в Томском политехническом университете. Результаты работы рекомендуются к использованию при изучении курса общей физики других вузов. На защиту выносится:

1. Методика построения комплексных лабораторно-практических работ физического практикума в технических университетах, разработанная на основе сформулированных дидактических, методических и психолого-педагогических критериев.

2. Структура лабораторно-практических занятий по физике, включающая блоки заданий для самостоятельной работы, контрольно-измерительных материалов, виртуального эксперимента и моделирования, реального эксперимента, сбора и хранения данных по результатам процесса обучения.

3. Методика организации работы студентов на лабораторно-практических занятиях по курсу общей физики, включающая формирование модели деятельности по выполнению лабораторных работ и побуждающая студентов к использованию экспериментальных технологических навыков в самостоятельной познавательной и профессиональной деятельности.

Обоснованность выводов и достоверность результатов обеспечиваются использованием методов адекватных задачам исследования, проведением педагогического эксперимента в тщательно контролируемых условиях, воспроизводимостью результатов эксперимента для различных групп студентов, всесторонним качественным анализом результатов эксперимента, и использованием методов математической статистики для количественной оценки результатов.

Апробация результатов исследований осуществлялась путем публикаций в печати и выступлений: на научно-методическом семинаре кафедры общей физики Томского политехнического университета /2002-2005 гг./; на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука, техника, инновации», Новосибирск, 2001, на ежегодных Международных конференциях студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» в Томском политехническом университете /2004-2005 гт./; на 4-ой Международной научно-практической конференции «Формирование профессиональной культуры специалистов XXI века в техническом университете» в г. С.Петербурге в 2004 году, на Международном симпозиуме «Бакалавры техники и технологии: подготовка и трудоустройство», Москва, в 2004 г., на V Международной конференции

«Физика в системе современного образования - ФССЮ-05» в г. С.Петербурге в 2005 г.

По теме данной диссертации опубликовано 10 работ.

Внедрение результатов исследования. Методика конструирования проблемно-ориентированного информационно-деятельностного физического практикума и лабораторно-практические работы внедрены на кафедре общей физики и кафедре теоретической и экспериментальной физики Томского политехнического университета.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии, изложена на 174 страницах, содержит 38 рисунков, 19 таблиц и список использованной литературы из 144 наименований.

СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ИДЕИ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность исследования, определяется цель, объект и предмет исследования, формируется гипотеза и задачи исследования, рассматриваются методы исследования, определяется научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Технические и программные средства для создания виртуальных лабораторных практикумов» проведен всесторонний анализ работ по использованию технических и мультимедийных средств обучения в учебном процессе и современного состояния преподавания физики с компьютерным сопровождением. На сегодняшний день существует достаточное количество виртуальных лабораторных практикумов по физике, компьютерных обучающих систем и других средств обучения, однако большинство из них не в полной мере отвечают высоким требованиям современных технических университетов. Приведен обзор таких программ, найденных с помощью поисковых систем сети Internet и анализа литературных источников. Выявлено, что существующие системы построены без учета дидактических требований, предъявляемых к обучающим системам в инновационном образовании. Ни одна из них не способна в какой-либо существенной мере развить способность решения проблемных ситуаций у студента. Это преодолевается в разработанном нами комплексе лабораторно-практических работ. Выделены преимущества Internet-технологий и особенности дистанционного образования. Определены дидактические и программно-технические средства, подходящие для создания научно-дидактических комплексов. Сделан их краткий обзор.

Подводя итоги первой главы, подчеркнем полезность и преимущества натурно-виртуальных лабораторно-практических работ, выполненных с использованием технологий удаленного доступа как для использования их на лабораторно-практических занятиях студентов дневной формы обучения, так и для дистанционного образования:

1) централизованное хранение результатов педагогической деятельности преподавателей и студентов;

2) простота анализа этих результатов, построение любых форм отчётов, используя базу данных;

3) удобство обновления системы;

4) в отличие от обучающих программ, написанных на таких языках программирования, как С++, Delphi, либо построенных с помощью авторских средств, обучающие программы созданные с использованием Internet -технологий могут использоваться на любых типах компьютеров;

5) технология Macromedia Flash позволяет создать красочные, богатые анимацией, физически и математически точные и реалистичные виртуальные модели реальных физических приборов;

6) совместное использование технологий ASP.NET, MS Access, HTML, JavaScript позволили создать информационную среду с комплексом виртуальных составляющих лабораторно-практических работ и объединить их в одну систему с единой базой данных результатов контроля обучаемых, а также создать систему оценки преподавателем деятельности обучаемых по каждой конкретной работе.

Во второй главе «Психолого-педагогические аспекты создания лабораторно-практических работ физического практикума» раскрываются проблемы, связанные с организацией процесса инновационного проблемно-ориентированного обучения физике на примере разработанного комплекса лабораторно-практических работ. В отдельном параграфе рассмотрена роль моделирования и компьютера в педагогике на основе положений, развитых в работах Б.С. Гершунского, Д.А.Исаева.

В инновационном университете, профильной школе центральное место приобретает опосредованное педагогическое управление самообразованием и саморазвитием обучаемых. Этот процесс должен быть организован уже в рамках фундаментального образования, в частности, на занятиях по физике. В связи с этим интерес представляют такие инновационные схемы, которые основываются на мультимедиа среде, содержащей систему проблемно-ориентированного приобретения знаний.

Лабораторные работы обеспечивают реальную диверсификацию учебной деятельности, позволяют соединить ее теоретическую и эмпирическую составляющие. Именно они являются базовым элементом инновационного проблемно-ориентированного обучения физике в техническом университете. Совершенствование физического практикума технических университетов представляет сложную дидактическую проблему и в последнее время происходит, в основном, по пути создания лабораторий без оборудования, т.е. направлено на развитие виртуальной составляющей. В результате массовое производство виртуальных анимированных лабораторных работ входит в противоречие с дидактикой физики инновационных технических университетов и физического образования в целом. Таким образом, использование и реализация информационных технологий при изучении физики связано с определенными противоречиями, основу которых составляет вопрос о соотношении виртуальных, натурных и модельных экспериментов в физическом практикуме. Дидактика современного

физического практикума и практикума будущего поколения, должна сочетать фрактальные педагогические технологии прямого и виртуального доступа и компьютерное моделирование. Все три компоненты в их полной фрактальной взаимосвязи создают когнитивность усвоения знаний. Этот частный, но важнейший элемент фундаментального образования, тесно связан с междисциплинарным принципом обучения, взаимопроникновением наук и соответствует средствам телекоммуникаций и дистанционного обучения.

Целевая установка на формирование потребности в самостоятельной познавательной деятельности, на поиск и получение новой информации и знаний, требует модернизации традиционных форм организации учебного процесса. Задачей представленного в диссертационном исследовании физического практикума (в том числе и компьютерных виртуальных лабораторно-практических работ в их логическом и дидактическом сочетании) является не только подтверждение теоретически описанных явлений, но и их преобразование в результате самостоятельной деятельности студентов, дидактически обоснованной и организованной преподавателем. Обучаемые сами должны обнаружить и описать первоначально на доступном уровне эффект, закономерность и подумать, как можно преобразовать (уровень деятельностного обучения) изучаемое техническое устройство, как изменить тот или иной параметр установки, в том числе с помощью персонального компьютера.

Разработанная педагогическая технология инновационного изучения физики на лабораторных занятиях в техническом университете, в которой материальные и виртуальные дидактические средства распределены по вариативной многоуровневой схеме, содержит следующие основные элементы:

1, Краткая лекция (электронный конспект) по теоретическому материалу, предназначенному для автономного изучения рассматриваемого явления. Лекция включает демонстрацию явления, анализ графического материала в виде «живых» графиков, схему и внешний вид установки (фотоверсия) лабораторной экспериментальной установки. Интерактивные задачи и контрольные тесты по проверке усвоения теоретического материала. Фиксируется быстрота ответа и время запоминания теоретического материала.

2. Подробное описание цели эксперимента и методологии его осуществления. Описание содержит измерительные приборы и инструменты, их технические параметры и иной необходимый для проведения работы материал. Методика и техника эксперимента может сопровождаться интерактивными контролирующими тестами для проверки готовности выполнять эксперимент.

3 Полнокомплектный виртуальный прибор со всеми атрибутами, необходимыми для выполнения эксперимента. Виртуальная модель полностью имитирует реальный процесс. Построение графиков по результатам эксперимента можно проводить как в ручном, так и

автоматическом режиме по регламенту учебного процесса (рис.1). Данная компонента схемы может применяться как для дистантного образования, так и в качестве допуска к выполнению работы при дневной форме обучения. 4. Экспериментальная установка. Лабораторная работа выполняется на натурном макете. Все показания с приборов вводятся в персональный компьютер. В этом случае экспериментальные данные студент записывает в таблицы, проводит их обработку ручным способом или с помощью компьютера.

Мстанка » темтл сбрв&тск 'лткттчснт»

1 t'ki aatliUM та^кшш 1 (4>(«Ä?iwt«rt"ii vt <c*i vatopcim« e

2 Вычисдап»; iitVKItt iiy

5 iii4.tp*>>mT трафу* к' Яа^г)

4 Wj графя» лиргж. iure 1/,.

т h h 1 [_ T '1p » v/,..

М 1 |l2 79| |uw| 12 76 •ЛГ7 0.1(34 •JH24

И 1 llüjOj 110 28 ] ШП 10 26 063 um 1.911 1.12544 ишда

fori CT Fül FH 9 48! UUI UN! 114444

ЕЗГ1 Щ] M 1 |8» | 8 443 1Л174 0.4411 12IM4

Рис I Графическое представление результатов эксперимента.

5. Этап компьютерного моделирования содержит два подуровня. На первом подуровне проводится моделирование явления с изменением технических параметров устройства. Например, в работе «Динамика вращательного движения» можно моделировать величину момента инерции /о, варьировать трение в блоках Мтр, массу основных и промежуточных блоков, учиться изменять моменты инерции всех элементов устройства по формуле (1).

/0=/,+/2+/з+/4, (1)

где моменты инерции обозначены как: 1\ - основного вала маятника, /2 -блока, /3 - стержней, /4 - держателя стержней.

Все технические и другие характеристики варьируются в доступном для студента 1-го курса варианте, т.е. в линейном приближении. Умение провести простейшее моделирование приобретается в курсе информатики, согласованном с курсом физики. Возможно применение стандартных средств МаЛСАБ, МаНаЬ и др.

О (Л//-)2 О (Я//')2

Г Назад I СЛирнпъ ]Потное неделирование

а)" " 5)

Рис 2 Моделирование движения маятника- а) изменение момента инерции маятника, б) изменение масс грузов на спицах в линейном приближении

Посредством процедуры моделирования (рис. 2) преподаватель создает в диалоговом компьютерном режиме проблемную ситуацию и регулирует ее решение для осуществления проблемно-ориентированного обучения, а также выясняет рейтинг студентов.

На втором подуровне осуществляется исследовательское компьютерное и технологическое моделирование. Моделируются нелинейные процессы, которые возможны в изучаемой системе. Например, изучается нелинейность при условии, что момент сил трения Мтр зависит от угловой скорости вращения со:

е = , Где Мтр = к со, е . (2)

Здесь к - коэффициент пропорциональности, определяемый из начальных условий, <р - угол поворота маятника, е - угловое ускорение маятника, а -линейное ускорение, т - масса груза, под действием которого маятник приводится во вращение, тгр - масса груза, расположенного на спице маятника, К - координата т,.р на спице, г - радиус шкива маятника, g -ускорение свободного падения.

Выбор к представляет проблемную ситуацию и, либо его значение дает преподаватель, либо студентам предлагается найти его из литературных источников, либо используются графические данные. В этом случае более сложное моделирование нелинейных эффектов проводим с помощью функции

Ипр = Мо + к\(0 -к20)3, (3)

где Мо - постоянный момент силы трения при со = 0, кь кг - коэффициенты »

нелинейности. Дифференциальное уравнение движения маятника Обербека (2) легко решается в аналитическом виде, нелинейное уравнение с учетом (3) - приближенными методами. Таким образом, адаптированный вариант моделирования заменяется исследовательским моделированием.

Известно, что педагогические технологии должны учитывать психологическую составляющую процесса обучения. В описываемом случае

два уровня моделирования соответствуют генетической плоскости трудности проблемных ситуаций На первом подуровне моделирование осуществляется на простейших примерах, анализ которых нагляден. Во втором случае результат моделирования требует серьезного анализа с привлечением дополнительных литературных источников.

Данная модель обучающей системы, состоящая из нескольких основополагающих частей, позволяет автономно совершенствовать все ее составляющие компоненты в виртуальном и натурном варианте и применять в целом для дистантного, традиционного, инновационного, проблемно-ориентированного деятельностного и элитного образования. Заметим, что каждое новое поколение натурной или виртуальной модели, или новое поколение программных средств находит в нашем практикуме свое достойное место, что решает проблему совершенствования и создания физических практикумов новых поколений.

В третьей главе «Технология конструирования дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий. Методика использования лабораторно-практического комплекса для обучения студентов» показана и решена проблема разработки и варианты использования предлагаемой технологии физического практикума Предложен педагогический сценарий проведения занятий. На основании дидактических, методических и психолого-педагогических аспектов обучающих программ и в соответствии с предложенной структурой, была создана информационная среда размещения и комплекс лабораторно-практических работ по курсу общей физики. Комплекс разработан с использованием современных Internet технологий, таких как Microsoft .NET и Macromedia Flash.

Разработана структура лабораторно-практических занятий по физике, включающая решение инновационно-экспериментальных задач и программно-методическое обеспечение обучающей системы. Структура лабораторно-практических работ содержит: 1) теоретическую часть, 2) методику и технику эксперимента, 3) вопросы и тесты, 4) задачи, в т.ч. видеозадачи, 5) виртуальный эксперимент, 6) моделирование 7) реальный эксперимент, 8) выводы и проектные задания.

В рамках данного исследования были созданы следующие лабораторно-практические работы: 1) Изучение динамики вращательного движения (экспериментальная и виртуальная установка - маятник Обербека) 2) изучение равноускоренного движения (экспериментальная и виртуальная установка - машина Атвуда) 3) изучение момента инерции твердых тел 4) изучение колебательного движения (экспериментальная и виртуальная установка - оборотный физический маятник), 5) изучение нелинейных колебаний. Показана целесообразность применения данной схемы при изучении электромагнетизма и оптики.

Разработана методика педагогического мониторинга проблемно-ориентированного информационно-деятельностного изучения физики на

лабораторно-практических занятиях с использованием информационной среды размещения комплекса лабораторно-практических работ.

Разработана методика организации работы студентов на лабораторно-практических занятиях курса общей физики, побуждающая студентов к использованию экспериментальных технологических навыков в самостоятельной познавательной и профессиональной деятельности.

Показано, что самостоятельная работа студента наиболее эффективно осуществляется с использованием разработанного комплекса лабораторно-практических работ физического практикума, поскольку обеспечиваются автоматизация, индивидуализация обучения, педагогически обоснованы способы представления информации. Содержательная составляющая комплекса обеспечивает эффективную интерактивность, т.к. студент может получить консультацию в ходе решения задач, проведения экспериментальных измерений, оценить результаты своей учебной деятельности благодаря функции автоматизированного контроля знаний.

В связи с тем, что система разрабатывалась с использованием \Veb-технологий, она реализует возможность преподавателя оперативно управлять процессом обучения, а студентам - возможность самоконтроля знаний. В традиционных технологиях обучения главным и непосредственным источником информации является преподаватель. При компьютерной поддержке образовательного процесса преподаватель выступает в роли арбитра при диалоговом взаимодействии студент-компьютер. Преподаватель по-прежнему организует регулирование и управление обучением. Студент может выбирать последовательность, время и темп изучения дисциплины.

В четвертой главе «Педагогический мониторинг технологии проблемно-ориентированного информационно-деятельностного

обучения физике» приводятся описание проведенного педагогического эксперимента и экспериментальные данные, подтверждающие эффективность использования созданного физического практикума в учебном процессе.

Представлены итоги экспериментальной работы по анализу конечных результатов, проверке педагогической деятельности в проектно-предметном способе обучения физике в рамках проведенного исследования. При этом применялись эмпирические и экспериментальные методы.

Постановка проблемной ситуации происходит при выполнении защиты результатов, полученных на натурном объекте посредством моделирования в «

виртуальной среде. Конкретная проблемная ситуация создается преподавателем при планировании занятия. Например, в процессе выполнения лабораторной работы «Изучение динамики вращательного движения» изменяют трение, массу грузов на спицах, размеры и массу спиц, массу держателей спиц, массу блока перекидного шкива, массы подвесных грузов, плотность среды и плотность материалов элементов маятника и т.д. Изменение этих параметров приводит к изменению экспериментальных данных. Студенту предлагается определить соответствующие параметры отклика, к изменению которых приводит изменение моделируемого

параметра, либо определить изменение каких параметров приведет к изменению моделируемого параметра. Обнаруженное соответствие должно быть зафиксировано в аналитической карте. Число попыток обнаружить соответствие и их правильность фиксируется компьютером. Изменение параметров устройства предусмотрено компьютерной программой и производится курсором мыши. Новые идеи по технической модернизации в виртуальном виде реализует персонал лаборатории (программист или студент, владеющий средствами флэш-программирования). Таким образом, происходит переход от репродуктивного накопления знаний к продуктивному осмысливанию задачи и поиску оптимального пути ее решения.

Проведенный педагогический эксперимент показал эффективность использования проблемно-ориентированной информационно-деятельностной системы обучения при проведении лабораторных занятий по физике, о чем свидетельствуют результаты обработки данных педагогического эксперимента статистическим методом у\ На начальном этапе в основу подбора экспериментальных и контрольных групп для обучающего этапа эксперимента были положены требования тождественной равности их начальных параметров. По таблице критических значений для уровня достоверности Р = 0,05 и степени свободы V = 3 критическое значение критерия х2крит = 7,8. Так как расчетное значение %2жсп =3,23, что меньше Х2крит, то мы не можем утверждать, что между результатами работ в исследуемых группах имеются статистически значимые отличия. Экспериментальная и контрольная группы перед началом эксперимента имели примерно одинаковую успеваемость по физике. Далее студенты продолжили обучение физике по разным методикам. По результатам итоговой оценки полученное значение критерия у? больше критического значения критерия для степени свободы у = 4 - 1 = 3 на уровне достоверности Р = 0,05, т.е. х'эксп > Х2криг (8,71 > 7,9), значит, мы можем утверждать, что между результатами экзамена в исследуемых группах имеются статистически значимые отличия.

Диаграммы (рис. 3) характеризуют частоты распределения итоговых оценок за семестр при входном контроле знаний и при итоговом контроле знаний экспериментальных и контрольных групп. По оси ординат -1 количество тестируемых студентов. Данные гистограмм показывают, что

успеваемость студентов, обучающихся по схеме проблемно-ориентированного информационно-деятельностного подхода к обучению, выше, чем у студентов, обучающихся по стандартной методике. Светлые столбцы - стандартная методика проведения физических практикумов, темные - экспериментальная методика.

ш Контрольная методика ■ Экспериментальная методика I ■ Контрольная методика ■ Экспериментальная методика

а) входной контроль

б) итоговый контроль

Рис. 3. Частоты итоговых оценок за семестр

После обучения студентов физике (по результатам контроля уровня умения видеть и разрешать проблемные ситуации) среднее значение коэффициента умения (контрольный задание состоит из заданий и эталона - образца полного и правильного их выполнения, индивидуальный коэффициент умения определялся как отношение числа правильно выполненных заданий к максимальному числу выполненных заданий) составило в контрольной группе 0,685, в экспериментальной - 0,808. Коэффициент умений увеличился в контрольной группе на 0,05 (что составляет 7,9% от начального уровня), в экспериментальной группе - на 0,16 (24,7%). Таким образом, видно, что разница в приросте уровня умений составляет 16,82% в пользу экспериментальной группы.

Использование созданного комплекса лабораторно-практических работ в учебном процессе с применением Интернет технологий обеспечивает возможность дистанционного обучения дисциплине и повышает мотивацию обучения за счет представления возможности самостоятельного режима работы, побуждает студентов к использованию экспериментальных технологических навыков в самостоятельной познавательной и профессиональной деятельности.

Заключение. В данной работе решена задача использования проблемно-ориентированного информационно-деятельностного подхода к организации обучения в рамках фундаментальных дисциплин посредством усовершенствованного экспериментального сопровождения курса физики для студентов технических направлений и специальностей.

В соответствии со сформулированной гипотезой и поставленными задачами:

проведен анализ научно-педагогической литературы, методов и программных средств для совершенствования физического практикума (на

основе достижений информационных технологий и их применения в педагогической науке);

- разработана структуру обучения, включающая виртуальный и натурный эксперимент, моделирование, проблематизацию и способствующая развитию творческого потенциала студента и способности решения проблемных ситуаций;

- сконструирована информационная среда размещения и комплекс лабораторно-практических работ по курсу общей физики на основе новых информационных технологий;

- определены условия и этапы осуществления учебной деятельности студентов при выполнении созданного комплекса лабораторно-практических работ;

- проведено экспериментальное исследование педагогической эффективности разработанных лабораторно-практических занятий по физике.

В ходе диссертационного исследования сделаны следующие выводы:

1. Разработанные методика конструирования лабораторно-практичеких работ физического практикума технических университетов и методика организации работы студентов на лабораторно-практических занятиях курса общей физики, включающая формирование модели деятельности, побуждают студентов к использованию

экспериментальных технологических навыков в самостоятельной профессиональной деятельности.

2 Проведенный педагогический эксперимент показал, что методика применения проблемно-ориентированного информационно-деятельностного подхода к обучению способствует повышению уровня специальных знаний студентов, активно влияет на процесс формирования знаний по физике.

3. Разработанный педагогический сценарий для функционирования обучающих систем позволяет осуществлять различные траектории обучения студентов.

4. Перенос знаний и умений в новую создаваемую или созданную проблемную ситуацию, самостоятельное выделение проблемы в изученной ситуации, разрешение противоречий в проблемной ситуации, выделение основных элементов системы, ее структуры и раскрытие ее свойств, формирование новых свойств системы на основе выделенных аналогов формирует у студентов потребности в самостоятельной познавательной деятельности, на поиск и получение новой информации и знаний.

5. Учитывая схожесть методов (моделирование, логические методы и методы программированного обучения), используемых для преподавания физики и других дисциплин, выработанные требования к обучающим системам могут быть предложены для создания обучающих программ по другим предметам естественнонаучного цикла.

Предложенная технология позволяет совершенствовать физический практикум. Данная модель обучающей системы, состоящая из нескольких основополагающих частей, позволяет автономно совершенствовать все ее составляющие компоненты в виртуальном и натурном варианте и применять в целом для дистантного, традиционного и инновационного образования. Заметим, что каждое новое поколение натурной или виртуальной модели, или новое поколение программных средств находит в нашем практикуме свое достойное место, что решает проблему совершенствования дидактических средств и создания физических практикумов новых поколений в перманентном режиме. Это соответствует системному подходу решения педагогических задач. Отмеченные средства, реализуемые на основе технологий Flash, .NET, позволяют создавать и разрешать проблемные и дидактические ситуации. Предложенный физический практикум был апробирован при проведении практических и лабораторных занятий на кафедре общей физики и кафедре теоретической и экспериментальной физики факультета естественных наук и математики (ЕНМФ) Томского политехнического университета.

Основное содержание диссертационного исследования отражено в следующих публикациях:

1. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Виртуальный лабораторный практикум по физике в рамках flash - технологий // Инженерное образование. - 2004. -№2.-С. 130- 133.

2. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Теория и практика проблемно-ориентированного деятельностного изучения физики: новые педагогические технологии в физическом практикуме технических университетов // Известия Томского политехнического университета. -2004. - Т.308. - № 3 - С.225

3. Ларионов В.В., Пичугин Д.В., Чернов И.П. Экспериментальное обеспечение курса физики при проблемно-ориентированном обучении бакалавров и инженеров // Вестник Томского государственного педагогического университета.- 2004. - № 4. - С.59- 65.

4. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Инновационные академические университеты в системе открытого образования: дидактические проблемы физического практикума // Открытое образование. - 2005. - №3. С. 4 - 10.

5. Пичугин Д.В., Мещеряков Р.В. Безопасность www серверов. Интеллектуальные системы в управлении, конструировании и образовании. Изд. STT, Томск, 2001, С. 123-126.

6. Пичугин Д.В., Тузовский А.Ф. Использование Web Storage System для создания системы хранения документов в Интернет //Региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации», Томск, 11-13 декабря 2001 г., Тезисы докладов, часть 2, - Томск С. 56-57.

7. Пичугин Д.В. Технология удаленного управления неявными знаниями, как инструмент поддержки и развития элитарности в системе дистанционного образования // XLI Международная научная студенческая

конференция «Студент и научно-технический прогресс», Тезисы докладов, - Новосибирск, 15-17 апреля 2003 г., С. 87-88.

8. Ларионов В.В., Пичугин Д.В., Чернов И.П. Проблемно - ориентированное обучение физике в системе подготовки бакалавров и инженеров //Труды Междун. симпозиума. Бакалавры, техники и технологии: подготовка и трудоустройство. Москва, 2004, С.62- 64.

9. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Дидактические основы современного физического практикума // Тезисы докладов Международной конференции ФССО-05. - СПб. - РГПУ. Июнь 2005. - С. 181-182.

Ю.Пичугин Д.В., Ларионов В.В. Комплексные дидактические средства физического практикума технических университетов. http://csgnz.ultranet.tomsk.nj/aspa/stat.htm

Подписано к печати 21.11.05 Формат 60x84/16. Бумага "Классика". Печать RISO. Усл.печл. 1,99. Уч.-изд.л. 1,10. Заказ 1395. Тираж 100 экз.

ИШТЕАЬСТВОЖТПГ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

4 9 9 0

РНБ Русский фонд

2006-4 29938

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Пичугин, Дмитрий Владимирович, 2005 год

Введение.

Глава 1. Технические и программные средства для создания виртуальных лабораторных практикумов.

1.1 Обзор существующих виртуальных лабораторных практикумов по физике.

1.2 Дистанционное обучение. Преимущества использования 1п1егпе1> технологий.

1.3 Дидактические и программно- технические средства для создания обучающих программ.

Краткие выводы к Главе 1.

Глава 2. Психолого-педагогические аспекты создания лабораторнопрактических работ физического практикума.

2.1 Уровни усвоения и приобретения знаний при инновационном обучении.

2.2 Учебная проблема как психолого-дидактическая категория Психологическая классификация структуры учебных проблем.

2.3 Современные педагогические технологии в области преподавания физики

2.4 Психологическая классификация структуры проблемно-ориентированного информационно-деятельностного физического практикума.

2.5 Особенности создания мультимедийных технологий проведения лабораторно-практических занятий по физике. Информационные педагогические технологии и их связь с проблемным обучением в области преподавания физики.

2.6 Моделирование как общенаучный метод в обучении и познавательной деятельности.

Краткие выводы к Главе 2.

Глава 3. Технология конструирования дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий. Методика использования лабораторно-практического комплекса для обучения студентов.

3.1 Этапы разработки комплекса лабораторно-практических работ.

3.1.1 Структура и описание базы данных для хранения и последу

• ющего анализа результатов деятельности обучающихся.

3.1.2 Технология ASP.NET.YpoBeHb бизнес правил.

3.1.3 Использование HTML и JavaScript для создания сценариев виртуальных лабораторно-практических занятий.

3.1.4 Использование технологии FLASH для создания виртуальных физических экспериментов.

3.1.5 Технология обучения студентов конструированию веб-страниц как личностно значимой образовательной продукции.

3.2 Виртуально-натурные лабораторные работы: состав и структура.

3.3 Способы использования комплекса виртуальных лабораторно-практических работ в учебном процессе и его организация.

3.3.1 Лабораторно-практические занятия.

3.3.2 Контроль знаний студентов.

3.3.3 Самостоятельная работа студентов.

Краткие выводы к Главе 3.

Глава 4. Педагогический мониторинг технологии проблемнош ориентированного информационно-деятельностного обучения физике.

Краткие выводы к Главе 4.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Конструирование дидактических средств физического практикума на основе новых информационных технологий"

Говоря о проблемно-ориентированном информационно-деятелъностном подходе к обучению, мы понимаем такую методическую систему, которая основана на проблемном обучении с использованием средств новых информационных технологий и деятелъностного подхода.

При данном подходе в учебный план включаются предметы, методологически формирующие умение работать со знаниями, информацией и технологиями: находить и формировать их, оценивать, структурировать, организовывать и преобразовывать. Эти задачи можно решить в рамках фундаментальных дисциплин, посредством усовершенствованного экспериментального сопровождения курса физики для студентов, обучающихся по направлениям и специальностям в области техники и технологии.

Проблемно-ориентированный информационно-деятельностный подход к обучению, построенный на соответствующих методических, психолого-педагогических и дидактических принципах, способен выполнить поставленные задачи, чем и вызвано появление данной диссертации, основанной на исследованиях автора в рассматриваемой области. Эти исследования базируются на фундаментальных работах российских ученых педагогов, психологов, физиков. Отечественная школа российских ученых Б.С. Гершунского, С.Е. Каменецкого, Б.М. Яворского, Н.С. Пурышевой, В .Я. Синенко позволяет эффективно внедрять такое обучение в новом информационном XXI веке.

Необходимость исследования проблемно-ориентированного информационно-деятельностного подхода к изучению физики на лабораторно-практических занятиях вызывается следующими противоречиями:

Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезы, были поставлены следующие задачи исследования:

Методологической основой исследования явились:

- в философском аспекте - теория познания, ее диалектический метод;

- в психологическом аспекте - теория структуры человеческой деятельности и учение о типах ориентированной основы действий П.Я. Гальперина и его сотрудников, основные положения об управлении деятельностью, разработанные Н.Ф. Талызиной, теория и практика проблемно-контекстного и системного обучения A.A. Вербицкого, A.M. Матюшкина (вузовский аспект теории);

- в общедидактическом и методическом аспектах - теория формирования обобщенных умений.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

2) моделирование педагогического процесса обучения физики на лабораторно-практических занятиях;

3) моделирование физических процессов и явлений;

4) проведение педагогического эксперимента;

5) методы статистической обработки результатов педагогического эксперимента;

6) анализ документов;

7) изучение литературы по разработке программного обеспечения;

8) анкетирование;

9) психологическое тестирование.

Этапы исследования

Исследование проводилось в несколько этапов с 2000 по 2005 гг.

3. Разработка проблемно-ориентированной методики обучения и ее апробация в учебном процессе. /2003-2005 гг./

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются:

- в научном обосновании методологии, дидактики конструирования лабораторно-практических работ нового типа.

Апробация результатов исследований осуществлялась путем публикаций в печати и выступлений: на научно-методическом семинаре кафедры общей физики Томского политехнического университета /2002-2005 гг./; на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука, техника, инновации», Новосибирск, 2001, на ежегодных Международных конференциях студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» в Томском политехническом университете /2004-2005 гг./; на 4-ой Международной научно-практической конференции «Формирование профессиональной культуры специалистов XXI века в техническом университете» в г. С.Петербурге в 2004 году, на Международном симпозиуме «Бакалавры техники и технологии: подготовка и трудоустройство», Москва, в 2004 г., на V Международной конференции «Физика в системе современного образования - ФССО-05» в г. С.Петербурге в 2005 г.

По теме данной диссертации опубликовано 10 работ.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выводы и проектные задания. В этом разделе обучающимся предложено записать свои выводы (они попадают в базу данных) по проблемам, поставленным в разделе «Моделирование», и возможные варианты их разрешения. Опционально им может быть предложено написать отчёт по проделанной работе и отправить его преподавателю по электронной почте. Общая схема работы обучающихся в системе новых лабораторно-практических работ в сравнении с классической схемой обучения представлена на рисунке 34.

При создании комплекса были учтены рассмотренные ранее психолого-педагогические основы создания и использования комплексных информационных дидактических средств физического практикума (глава 2). Концепция управления комплексом работ состоит в следующем.

1. Существует администратор (оператор), в обязанности которого входит: а) установка системы на web сервер и настройка системы; б) установка новых программ (тестов, задач); в) управление данными по студентам, прошедшим обучение или тестирование и их анализ.

2. Обязанности пользователя (обучаемого): а) ввести свои личные данные (ФИО, факультет, группу и т.д.); б) ознакомиться с теоретическим материалом по теме и с методическими рекомендациями по проведению как виртуального, так и реального эксперимента; в) провести исследования на виртуальной экспериментальной установке; г) на этапе моделирования проанализировать предложенные проблемные ситуации и сделать выводы д.) провести ряд экспериментов на реальной экспериментальной установке е) ответить на предоставленные вопросы, решить задачи в течение оставшегося времени, отведенного на занятие.

Виртуальный Эксперимент Д°лу<Ц|

Самостоятельная работа студентов

Реальный Экспе|

В9

Моделирование (решение проблем)

Решение задач и тестов

Работа в лабораторном классе с преподавателем

Контроль способностей решать проблемы

Рис. 34. Структура разработанных лабораторно-практических занятий

Темные стрелки - экспериментальная методика, светлые стрелки стандартная методика

В ходе диссертационного исследования нами был разработан комплекс лабораторно-практических занятий, включая базу данных и способ презентации данных виртуального эксперимента.

Для работы комплекса лабораторно-практических работ достаточны следующие ресурсы:

Сервер: Windows 2000-2003 Server или Windows ХР, IIS 5.0 - 6.0, .NET Framework 1.1 или 2.0.

Клиент: PC, Unix, Linux или Apple Mac совместимый компьютер, Internet Explorer, Mozilla, Opera или любой другой Интернет-браузер + Macromedia Flash Player 7 или выше.

3.3 Способы использования комплекса виртуальных лабораторно-практических работ в учебном процессе и его организация

Современные психолого-педагогические представления об эффективном процессе обучения требуют организации этого процесса, прежде всего, как активного и самостоятельного изучения каждым студентом данного учебного материала. Поэтому преподавание следует рассматривать, как помощь каждому студенту в организации и рациональном и эффективном осуществлении активной, самостоятельной, сознательной и результативной деятельности. Очевидно, эффективная познавательная деятельность возможна при условии, что обучаемый имеет доступ к высококачественным источникам учебной информации, владеет знаниями о рациональных приемах учения и соответствующими умениями организовать свою учебную работу, знает и умеет применять методы и средства самоконтроля и самоуправления в процессе учения, а также имеет достаточную мотивацию к учению.

Широкое применение информационных технологий в образовании приводит к изменению соотношения между занятиями, проводимыми под руководством преподавателя, и самостоятельной работой студентов. При этом роль преподавателя не снижается. Наоборот, в этих условиях процесс обучения становится управляемым, совершенствуются формы и методы, разнообразными становятся средства обучения. Поэтому повышается роль и ответственность педагога, от него требуется более высокая квалификация в организации и проведении занятий, подготовке необходимых методических разработок, пособий и руководстве самостоятельной познавательной деятельностью студентов [119-124].

Работа по созданию комплекса лабораторно-практических работ проводилась с целью усовершенствования системы обучения по курсу физики.

Работы, созданные на основе разработанной нами методики, обладают определенной целостностью. Некоторые элементы системы обучения уже определены в нашей работе. Ведь обучающая программа несет в себе определенное содержание, которое представлено с помощью следующих методов (моделирование, логические методы, метод алгоритма). Средством обучения является компьютер, программное обеспечение, которое представлено в виде самой обучающей программы. Для контроля и диагностики в программе есть контролирующая часть. Перечисленные элементы являются постоянными элементами системы. Однако цели и формы использования обучающей программы могут быть разными.

По типу занятия целями использования разработанного комплекса работ являются:

- изучение нового материала;

- повторение изученного материала;

- обобщение изученного материала;

- проблематизация (создание проблемных ситуаций)

- контроль знаний.

Самыми общими целями использования обучающих программ являются дидактические цели, на основе которых и разрабатывались наши лабораторно-практические работы. Принципы, методы и подходы создания компьютерных обучающих систем диктуют разработчикам не только методику их создания, но и методику применения таких систем в учебном процессе. При подготовке каждой из работ в системе был разработан педагогический сценарий с описанием возможных траекторий обучения и методики использования в процессе обучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе решена задача использования проблемно-ориентированного информационно-деятельностного подхода к организации обучения в рамках фундаментальных дисциплин посредством усовершенствованного экспериментального сопровождения курса физики для студентов технических направлений и специальностей.

В соответствии со сформулированной гипотезой и поставленными задачами: проведен анализ научно-педагогической литературы, методов и программных средств для совершенствования физического практикума (на основе достижений информационных технологий и их применения в педагогической науке);

В ходе диссертационного исследования сделаны следующие выводы:

1. Разработанные методика конструирования лабораторно-практичеких работ физического практикума технических университетов и методика организации работы студентов на лабораторно-практических занятиях курса общей физики, включающая формирование модели деятельности по выполнению лабораторных работ, побуждают студентов к использованию экспериментальных технологических навыков в самостоятельной профессиональной деятельности.

2. Проведенный педагогический эксперимент показал, что методика применения проблемно-ориентированного информационно-деятельностного подхода к обучению способствует повышению уровня специальных знаний студентов, активно влияет на процесс формирования знаний по физике.

Предложенная технология позволяет совершенствовать физический практикум. Данная модель обучающей системы, состоящая из нескольких основополагающих частей, позволяет автономно совершенствовать все ее составляющие компоненты в виртуальном и натурном варианте и применять в целом для дистантного, традиционного, инновационного и элитного образования. Каждое новое поколение натурной или виртуальной модели, или новое поколение программных средств находит в нашем практикуме свое достойное место, что решает проблему совершенствования дидактических средств и создания физических практикумов новых поколений в перманентном режиме. Это соответствует системному подходу решения педагогических задач. Отмеченные средства, реализуемые на основе технологий Flash, .NET, позволяют создавать и разрешать проблемные ситуации. Предложенный физический практикум был апробирован при проведении практических и лабораторных занятий на кафедре общей физики и кафедре теоретической и экспериментальной физики факультета естественных наук и математики (ЕНМФ) Томского политехнического университета. Результаты работы рекомендуются к использованию при изучении курса общей физики других вузов.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю кандидату физико-математических наук, доценту Ларионову В.В. за большую помощь в подготовке диссертационной работы, ценные замечания и советы. Автор также благодарит доктора физико-математических наук, профессора Крючкова Ю.Ю. за помощь в проведении педагогического эксперимента и плодотворные дискуссии, сотрудников кафедры общей физики Томского политехнического университета за доброжелательное отношение и помощь в работе.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Пичугин, Дмитрий Владимирович, Томск

1. Андреев В.И. Педагогический мониторинг качества воспитания студентов в контексте саморазвития конкурентоспособной личности// Известия Российской Академии образования. - 2003. - № 1 .-С. 90-95.

2. Андреев В.Н. Психологические аспекты представления информации на экране дисплея в автоматизированных обучающих системах. М.: Педагогика, - 126 с.

3. Артемова В.Н., Коришев В.И. Компьютерное моделирование физических процессов. Сб. тезисов докл. VIII-ой Межд. конф. Стран Содружества «Современный физический практикум». - М.: Издат. Дом МФО, 2004. - С. 63 - 64.

4. Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения: Обще дидактический аспект // Избранные педагогические труды. М.: Педагогика, 1989 . -256 с.

5. Бабанский Ю.К. Проблемы повышения эффективности педагогических исследований // Избранные педагогические труды. М.: Педагогика. 1989.-С. 436-546.

6. Батороев К.Б. Аналогии и модели в познании. Новосибирск.: Наука.1981.-320 с.

7. Безрядин H.H., Щевелева Г.М., Сыноров Ю.В., Прокопова Т.В. Компьютерное моделирование в лабораторном практикуме по физике твердого тела // Физическое образование в вузах. 1999. - Т.5, № 4. -С.102-117.

8. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш. шк. 1986. - 256 с.

9. Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). М.: Педагогика. 2002. - 352 с.

10. Ю.Беспалько В.П., Татур Ю.Г. Системно-методическое обеспечение учебно-воспитательного процесса подготовки специалистов: Учебное пособие. -М.: Высш. шк., 1998. 144 с.

11. Воронин Ю.А., Чудинский P.M. Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме/// Физическое образование в вузах. 2003. - Т.9.- № 2. - С. 59 - 63.

12. Воробьёв И.И., Зубков П.И., Кутузова Г.А., Савченко О.Я., Трубачёв A.M., Харитонов В.Г. Задачи по физике: Учебное пособие. М.: Наука, 1988.- 130 с.

13. Н.Воронина Т.П., Кашицин В.П., Молчанова О.П. Образование в эпоху новых информационных технологий. М.: Информатика, 1995.-220 с.

14. Выготский J1.C. Мышление и речь. Сбор. соч. в 6-у. томах. Т.2. М.: Педагогика, 1989. - 426 с.

15. Выготский J1.C. Педагогическая психология / Под ред. В.В. Давыдова. -М.: Педагогика, 1991.-479 с.

16. Вербицкий A.A. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход. М.: Высшая школа, 1991. - 207с.

17. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. -М.: Высшая школа. 1986.-480с.

18. Волькинштейн B.C. Сборник задач по общему курсу физики. М.: Наука, 1986.-354 с.

19. Гальперин П.Я. Программированное обучение и задачи коренного усовершенствования методов обучения / К теории программированного обучения. М., 1967. - С. 3 -11.

20. Гальперин П.Я. Психология мышления и учение о поэтапном формировании умственных действий // Исследование мышления в советской психологии. М.: Наука, 1966. - С.236-237.

21. Гершунский Б.С. Философия образования для XXI века (в поисках практико-ориентированных образовательных концепций) М.: Изд-во «Совершенство», 1998. - 608 с.

22. Гладун А.Д., Шомполов И.Г., Трушин В.Б. Фундаментальная физика -краеугольный камень будущих социально-естественно-научных университетов // Физическое образование в вузах. 2003. - Т.9, № 4. -С.5 - 13.

23. Гладун А.Д. Физика как культура моделирования // Физическое образование в вузах. 1996. - Т.2, № 3. - С.56 - 60.

24. Данилов М.А. Принципы обучения // Дидактика средней школы.

25. Некоторые проблемы современной дидактики /Под. ред. Данилова М.А. и СкаткинаМ.Н.-М.: Просвещение, 1975.- С. 115-145.

26. Деревнина А.Ю., Семикин В.А., Кошелев М.Б. Системы тестирования в электронных учебниках // Информационные технологии. 2002. -№5.-С. 34-38.

27. Детлаф A.A., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики: Учебное пособие для втузов. М.: Высшая школа. 1989. 385 е.

28. Каймин В., Рудаков Э., Тимошенков А., Щеголев А. Технология разработки учебных программных средств // Информатика и образование, 1987. №6. - С. 63-65.

29. Каменецкий С.Е., Пурышева Н.С., Носова Т.И. и др. Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / Под ред. С.Е. Каменецкого. М.: Издательский центр «Академия», 2000. - 384 с.

30. Калошина И.П. Психология творческой деятельности. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.-431 с.

31. Кондратьев A.C., Лаптев В.В., Хонтарович А.И. Вопросы теории и практики обучения физике на основе новых информационныхтехнологий. Учеб. Пособие, Рос.гос.пед.ун-т им.А.И.Герцена,-СПб.: Из-во РГПУ,2001.-91с.

32. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Общий курс физики. Молекулярная физика.- Изд. 2-е. М.: Наука. 1976. - 480 с.

33. Кириллин В.А. Страницы истории науки и техники, М.: Наука, 1989.- 493 с.

34. Кисин Ю.А., Зюрюкин Ю.А., Князев A.A. Актуальные прикладные проблемы и современный курс общей физики для технических вузов // Физическое образование в вузах. 2003. - Т.9,№2. - С.31-38.

35. Кудрявцев Т.В. Психология технического мышления: Автореф. дис. д-ра психол. Наук. М. 1971. - 31 с.

36. Купавцев A.B. Деятельностный аспект обучения физике в техническом вузе. Монография. М.: МГТУ им. Н. Баумана. 2002. - 126 с.

37. Купавцев A.B. Методическая система профессиональной деятельности преподавателя физики в техническом вузе// Вестник высшей школы. -2003.-№4.-С. 19-23.

38. Карпинчик П.И. Деятельностный подход к проектированию учебного процесса: (на примере обучения физике). Автореф. дис. д-ра пед. наук. -М. 1998.-40 с.

39. Корявов В.П. Маятник для исследования нелинейных колебаний // Физическое образование в вузах. 2003. - Т.9, № 3. - С. 62 -68.

40. Креативная педагогика: методология, теория, практика./ Под ред. Ю.Г.Круглова. М.:МГПОУ им. М.А.Шолохова, изд. Центр «Альфа», 2002. - 240 с.

41. Ларионов В.В. Натурно виртуальный физический практикум для проблемно- ориентированного и элитного обучения //Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307, № 3. -С.180- 184.

42. Ларионов В.В. Основные закономерности проектно ориентированного обучения физике в техническом университете //Известия

43. Томского политехнического университета. 2004. -Т. 307, № 1.-С.185 - 188.

44. Ларионов В.В. Особенности методического обеспечения преподавания физики в системе открытого образования в области техники и технологии // Открытое образование. 2004. - № 4. - С. 15 - 20.

45. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Инновационные академические университеты в системе открытого образования: дидактические проблемы физического практикума // Открытое образование. 2005. -№3. С. 4-10.

46. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Виртуальный лабораторный практикум по физике в рамках flash технологий // Инженерное образование. -2004. -№ 2. - С.130 - 133.

47. Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Дидактические основы современного физического практикума // Тезисы докладов Международной конференции ФССО-05, СПб. -РГПУ, Июнь, 2005. С. 181-182.

48. Леднев B.C. Научное образование: Развитие способностей к научному творчеству // 2-е изд. исп. М.: МГАУ. 2002. - 119 с.

49. Лихолетов В.В. Технология творчества: теоретические основы, моделирование, практика реализации в профессиональном образовании. Челябинск. - 2001. -130 с.

50. Ляликов А.П. Основы технического творчества (методические рекомендации для учителей средних школ) Волгоград: Эвристика -1951.- 114с.

51. Ляликов А.П. Трактат об искусстве изобретать. СПб, 2003. 406 с.

52. Мансуров А.Н., Мансуров Н.А. Видеокомпьютерная технологияобучения: задачи, возможности, техническая реализация// Физика в школе, 1998. -N 5. С. 35- 38.

53. Монахов В. М. Аксиоматический подход к проектированию педагогической технологии // Педагогика. 1997. - № 6. - С. 26 - 31.

54. Монахова Г.А. Основы учебного процесса по физике: генезис, концепция, технология. Монография. 2000. - 256 с.

55. Матюшкин A.M. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М.: Педагогика. - 1972. - С. 12 - 47.

56. Матюшкин A.M. Актуальные проблемы психологии высшей школы. -М.: Знание, 1977.-44 с.

57. Махмутов М.И. Проблемное обучение: Основные вопросы теории. -М.: Педагогика, 1975. 367 с.

58. Минин М.Г. Диагностика качества знаний и компьютерные технологии обучения. Томск: Изд-во ТГПУ, 2000 - 216 с.

59. Михеев В.И. Моделирование и методы теории измерений в педагогике. М.: Педагогика. - 1988. - 192 с.

60. Машбиц Е.А. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика, 1998. 192 с.

61. Николаев В.И. Общие принципы решения физических задач (десять заповедей) // Физическое образование в вузах. -2005. Т.11, № 2.1. С.5 -14.

62. Новожилов Э.Д. Образовательная область: технология вчера, сегодня, завтра. Педагогика. 2001. - № 5. - С.18 - 22.

63. Новожилов Э.Д. О методологии научного педагогического исследования /Технологическая и экономическая подготовка студентов в педагогическом вузе. -М.: 1998.-С.5- 19.

64. Обухов В.В., Червонный М.А. Опыт создания альтернативной технологии Единого государственного экзамена в Томском государственном педагогическом университете// Образование в Сибири. 2002. - N 1. - С. 7- 11.

65. Политика в области образования и новые информационные технологии. Национальный доклад РФ на II Международном конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика» //Информатика и образование. -1996.- №5.-С. 1-20.

66. Познавательные процессы и способности в обучении / под ред. В.Д. Шадрикова. -М.: Просвещение, 1990.-142 с.

67. Поляков П.А., Поляков О.П. Анализ особенностей существенно нелинейных колебаний на примере компьютерной модели осциллятора Даффинга// Физическое образование в вузах. 1998. -Т.4, № 3. - С. 125-127.

68. Пидкасистый П.И., Тыщенко О.Б. Компьютерные технологии в системе дистанционного обучения //Педагогика. 2000. - №5. - С. 713.

69. Прибылов H.H., Прибылова Е.И., Прицепова С.А. Лабораторный практикум для дистанционного обучения // Физическое образование в вузах. 2003. - Т.9, № 2. - С. 108 -113.

70. Пичугин Д.В., Мещеряков Р.В. Безопасность www серверов //Интеллектуальные системы в управлении, конструировании и образовании. Томск, Изд. STT, 2001. - С. 123 -126.

71. Пурышева Н.С. Дифференцированное обучение физике в средней школе. М.: Прометей, 1993. 224 с.

72. Разумовский В.Г. Проблемы общего образования школьников и качество обучения физике.//Педагогика. 2000. -№8-С.12-18.

73. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей учащихся в Процессе обучения физике. Пособие для учителей. -М.:1975. -272 с.

74. Роберт И.В. Виртуальная реальность // Информатика и образование. -1997.-№ 5.-С. 53-56.

75. Решетова З.А. Психологические основы профессионального обучения. М.: 1985.- 144 с.

76. Румбешта Е.А., Булаева О.В. Разработка технологии проблемно-деятельностного подхода к обучению физике // Вестник Томского государственного педагогического университета. № 2. 2002. -С.57- 63.

77. Синенко В.Я. Методика и техника школьного физического эксперимента. Учебное пособие по спецкурсу. Новосибирск: НГПИ, 1990.-100 с.

78. Склярова Е.А., Ерофеева Г.В., Крючков Ю.Ю. Педагогическиепринципы построения обучающих систем // Материалы виртуальнойнаучно-методической конференции «Современные проблемы преподавания естественнонаучных дисциплин». Воронеж: Изд-во ВГПУ, 2001.-С. 4-7.

79. Скибицкий Э.Г. К вопросу о разработке педагогического сценария компьютеризированных курсов // Информационные технологии в образовании. Новосибирск: ИПСО РАО, 1993. - Вып. 10. - С. 26-41.

80. Соколова И.Ю., Кабанов Г.П. Качество подготовки специалистов втехническом вузе и технология обучения: Учеб. пособие. Красноярск: Изд-во КГТА, 1996.- 188 с.

81. Соколова И.Ю. Психологические основы учебно-педагогической деятельности. Учеб. пособие. Томск: Изд. ТПУ, 1992 - 104 с.

82. Стародубцев В.А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественнонаучном образовании. Томск: Дельтаплан, 2002. - 224 с.

83. Стародубцев В.А. Компьютерное сопровождение курса «Концепциисовременного естествознания». Томск: Изд-во ТПУ. - 1998. - 80 с.

84. Стройнова В.Н., Ерофеева Г.В., Малютин В.М., Смекалина Т.В. Компьютерный учебник по физике. Часть I. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика // Известия вузов. Физика. 1997. - №10. -С.107-114.

85. Талызина Н.Ф. Педагогическая психология. -2-ое изд.стереотип. М.: Издательский центр «Академия», 1998. - 288 с.

86. Талызина Н.Ф. Теоретические проблемы программированного Ф обучения. М.: Изд-во Московского ун-та, 1969. 134 с.

87. Тулькибаева H.H., Фридман А.Ф., Драпкин М.А. и др. Решение задач по физике: Психолого-методический аспект. Челябинск: Факел. -1995.- 119 с.

88. Тулькибаева Н.Н, Усова A.B. Методика обучения учащихся умению решать задачи. Челябинск: ЧГЖ. 1981. - 86 с.

89. Тихомиров Ю.В. Универсальный лабораторный практикум по курсу физики на основе компьютерных моделей.// Открытое образование. -2004.-№3.-С. 28-38.

90. Тихомирова Н.В. Проблемы оценки качества электронного образования //Открытое образование. 2004. - № 1. - С.27 - 32.

91. Ю5.Толстик A.M. Применение компьютерных моделей в физическом практикуме// Физическое образование в вузах. 2001 - Т.6, №4-С. 76-80.

92. Юб.Толстик A.M. Проблемы и перспективы физическогодистанционного образования // Открытое образование. 2002. -№5. - С.43-51.

93. Троян Г.М. Применение универсальных подходов для улучшения качества дистанционного образования // Открытое образование. -2004. № 2. - С. 37 - 47.

94. Тюрин Ю.И., Ларионов В.В., Чернов И.П. Физика. Электричество и магнетизм. Сборник задач (с решениями). Учебное пособие с грифом МО РФ. Томск. Изд-во ТГУ. 2004. - 444 с.

95. Ю9.Тюрин Ю.И., Ларионов В.В., Чернов И.П. Физика. Сборник задач с решениями. Ч.З. Оптика. Атомная и ядерная физика. Учебное пособие с грифом Минобрнауки РФ. Томск. Изд-во ТГУ. 2005 -260 с.

96. Ю.Уемов А.И. Логические основы метода моделирования. М.: Мир. 1987.-48с.

97. П.Усова A.B. Формирование исследовательских умений студентов на занятиях по методике физики. Наука и школа.-2002.-№ 1.-С.18 20.

98. Усова A.B. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. М.: Педагогика, 1986. -168 с.

99. Усова A.B. Развитие исследований по теории формирования и эволюции понятий// Международная научно-практическая конференция. Тезисы докладов. Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1995.1. С. 26-28.

100. Филатов O.K. Информатизация современных технологий обучения в высшей школе. Ростов-на-Дону: Издательство ТОО «Мираж».-1997.-213 с.

101. Шадриков В.Д. Информационные технологии в образовании // Инновации в образовании, 2001, № 1. С. 28-33.

102. Шапочкин Б.М. Меморандум конференции «Современный физический практикум»// Физическое образование в вузах. 2002 -Т.8, № 3. - С.3-6.

103. Шаронова Н.В. Методика формирования научного мировоззрения учащихся при обучении физике. М.: МП., "Мир", 1994. 262 с.

104. Шамало Т.Н. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении. Учебное пособие к спецкурсу. - Свердловск. - 1990. - 97 с.

105. Шалаев И.К. Научные основы мотивационного программно-целевого управления: Учеб. пособие. Барнаул. - 1995. - 72 с.

106. Шампанер Г., Шайдук А. Обучающие компьютерные системы //

107. Информатика и образование. 1998. - №3. - С. 95-96.

108. Шаповалов A.A. Аз и Буки педагогической науки: введение впедагогическое исследование. Барнаул: Изд-во БГПУ, 2002. - 123 с.

109. Шлык В.А. Взгляд на информатизацию обучения // Информатика и образование. 1996. - №6. - С. 140-142.

110. Шоломий К. Построение обучающей программы // Информатика и образование. 1997. -№3. - С. 58-62.

111. Штоф В.А. Моделирование и философия М., 1966; с. 19.

112. Четева Т.В. Новая эпоха новое миропонимание // Образовательный стандарт вуза. Тезисы докладов. - Томск: Изд-во ТПУ, 1996.-С. 45-52.

113. Чертов А.Г., Воробьёв А.А. Задачник по физике: Учеб. пособие для студентов втузов. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988. -527 с.

114. Чернов И.П., Ларионов В.В., Пичугин Д.В. Экспериментальное обеспечение курса физики при проблемно-ориентированном обучении бакалавров и инженеров // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2004.-№ 4.-С.59- 65.

115. Чернов И.П., Ларионов В.В., Пичугин Д.В., Проблемно -ориентированное обучение физике в системе подготовки бакалавров и инженеров //Труды Междун. симпозиума. Бакалавры, техники и технологии: подготовка и трудоустройство. Москва. -2004,1. С.62- 64.

116. Bleymehl J. A virtual laboratory course as an interactive Internet-based learning program. // 2nd Global Congress on Engineering Education. -Melburn, 2000.-PP. 85-88.

117. Bork A. Computer and information technology as a leaning aid . Edication and Computing. 1985. -T.l - P. 25-35.

118. Developments in learning Psychology: An Interview with Robert M. Gaque // Educational Technology. 1982. - Vol. 22, №6. - PP. 11-15.133. http://genphys.phys.msu.su/demoprog/index.htm

119. Tzoneva R.G. Application of Lab VIEW technology in control engineering education. // 2nd Global Congress on Engineering Education. Melburn, 2000.-PP. 475-479.

120. Maple, http://www.exponenta.ru/soft/maple/maple.asp136. http://www.computerbooks.rU/books/Music/25/6/66.html

121. GLpro. http://www.neosoft.ru/mmtools/mmtool01.htm138. http://www.termika.ru/pcf?print&nd=963804454