автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Повышение эффективности преподавания электродинамики в курсе физики на основе применения формализованных методов расчета электрических цепей

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности преподавания электродинамики в курсе физики на основе применения формализованных методов расчета электрических цепей"

РГ6 од

2 3 РАЙ 1395

На правах рукописи

У1ИЯН АНАТОЛИЙ ФЕДОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕПОДАВАНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

В КУРСЕ ФИЗИКИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФОРМАЛИЗОВАННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

13.00.02 - методика преподавания физики

Авторе ф е р ат ■.■;■■;■■■ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Санкт-Петербург. 1995

Работа выполнена на кафедре методики преподавания физики Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена.

- Научный руководитель

- академик РАО. доктор физико-математических наук, профессор A.C. КОНДРАТЬЕВ

Официальные оппоненты

- доктор педагогических наук, профессор Р. D. ВОЛКОВЫСКИй

- кандидат физико-математических наук.

доцент А. Й. БР03ДНИЧЕНК0

Ведущая организация

- Мурманский государственный . педагогический институт

Защита состоится 1995 года в 16 часов на за-

седании специализированного Совета К.113.05.03> по присуждению ученой степени кандидата наук в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу:

191186, г. С.-Петербург, наб. р. Мойки. 48. корп. 3. ауд. 20.

С диссертацией можно познакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан 1995

Н.К. Михеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и с. следования обусловлена происходящим в нашей стране реформированием системы образования. Одной из основных пркчин. вызвавших необходимость реформирования системы образования не только отечественной, чо и зарубежной школы, явилась социальная потребность обеспечить каждому индивиду общества возможность'непрерывного образования и самостоятельного получения и обновления знаний. Знания устаревают так стремительно, что для поддержания высокого профессионального уровня . каждый специалист, должен непрерывно их обновлять, заниматься самообразованием.

Современные зарубежные и российские исследователи, считают, что для создания условий, -позволяющих претворить идею непрерывного образования, современная школа должна дать каждому учащемуся качественное'фундаментальное образование' и научить его самостоятельно добывать знания.

К числу дисциплин, обеспечивающих1 фундаментальное образование. -относятся физика и математика.

Математика давно- и прочно заняла подобающее ей место .в системе фундаментального образования и. в частности, в системе инженерного знания, являясь необходимым компонентом большинства научных и технических- теорий." '

С физикой дело "обстоит иначе; Анализ современного состояния этого вопроса позволяет сделать вызод, что в ряде случаев физика фигурирует' в системе технического .образования только'" как общеобразовательная дисциплина, очень "слабо связанная с последующими специальными курсами. При этом многие' специальные технические дисциплины излагаются на эмпирической осйове,без обращения к фундаментальным положениям физики.

На'усиление роли Физики в системе фундаментального образования направлено -реформирование всей системы' отечественного физического образования. Важным, направлением. "реформирования физического образования явилось осуществление 'дифференциафи:. как профильной, так и уровневой. Профильная дифференциация реализуется путем создания школ и классов с углубленным изучением тех ида иных предметов и созданием новых видов учебных заведений - лицеев,' гимназий, специализированных классов. Уровневая дифференциация предусматривает возможность свободного выбора учащимися

объема изучаемого материала (не ниже требований стандарта)-. В наг стоящее время около 155? общеобразовательных учреждений работают в условиях профильной дифференциации.

В учебных заведениях естественно-научного и технического профиля уровень физического образования повышается за счет изменения содержания и структуры базового курса физики и введения • в учебные планы этих образовательных учреждений специальных технических курсов. ' _ ■■■.'■'■■

Повышение содержательного научного уровня физического образования на начальном образовательном уровне - уровне средней школы,вызывает необходимость внесения изменений в содержание кур' сов физики последующих образовательных уровней - уровней средней специальной и высшей школ*

•Необходимость в повышении содержательного уровня физическо'го образования (не/только в профилированных, но "и 'В общеобразовательных "средних учебных заведениях) .наиболее, велика -для'раздела курса- физики "Теория 'электрических цепей". Действующие сёгодня программы и учебники курсов физики, для обычных (не профилированных) школ, по ряду разделов не располагают достаточным конкретным, с точки зрения практической цзнности, политехническим материалом. .Эта практика приводит^ к-тому, что даже лучшие учащиеся общеобра-" •зовательных. школ, изучив на уроках физики " основные законы элект-' рических цепей, не могут рассчитать простейшей электрической цепи, если она содеряит источники ЭДС в параллельных ветвях.

Учитывая, что сегодня в учебный процесс активно внедряются современные вычислительные средства, позволяющие решать' достаточно сложные задачи,при минимальных затратах .времени/ а также.то. что в школьном Курсе математики изучаются такие прогрессивные для теории электрических цепей вычислительные метода, как метод комплексных чисел, приходим к выводу о необходимости' изучения в рамках традиционного школьного курса физики нэкоторого' минимума вы- ■ сокб-формализованных методов расчета электрических цепей.

Анализ показал, что в профилированных средних учебных заведениях, имеющих.естественно-научный или технический профиль, возможности' для, повышения уровня преподавания теории электрических цепей значительно выше. В этих учебных 'заведениях на изучение курса физики выделяется большее количество учебных часов и. помимо базового курса физики, изучаются ряд специальных электротехни-. чгаских дисциплин.

- 4 -

Для профилированных средни/ учебных заведений сейчас интенсивно разрабатываются учебные* программы курсов физики и специальных технических курсов/ разрабатываются методики преподавания и концепции образования, отвечающие профилю этих учебных заведений.

Однако в разработанных для профилированных средних учебных , заведений курсах физики, специальных технйческих курсах, методиках преподавания соответствующих им.дисциплин, а также в исследованиях по этой тематике, содержание раздела-"Теория электрических цепей" недостаточно оптимизирование, а изменения содержания этого раздела на уровне средней школы пока не нашли должного отражения в содержании курса физию? высшей школы.

Существующая практика преподавания электродинамики не дает учащимся адекватных приемов и навыков практического применения теоретических знаний законов электрических цепей. Учащиеся, не овладев методами расчета электрических цепей, не могут эффективно применять'изученные законы в практической деятельности по решению задач.' Без практического применения материал раздела "Основы тец-рии" электрических цепей в курсе физики усваивается' формально, без глубокого осмысления," с низким уровнем физического восприятия.

Таким образом, а к т у а л ь н а с т-ь и с с л е д о в а н и я на современном этапе обусловлена: .

- повышением роли физического • .образования -.на современном этапе развития общества, в связи с" необходимостью обеспечения

. фундаментального .характера образования, .и на этой основе создания условий для реализации'принципа непрерывного образования и самостоятельного получения и обновления знаний;

- социальной потребностью в элементах образования, отражающих методологические достижения физики адекватно возрастным* и индивидуальным особенностям учащихся: ■

- изменением содержания' физического образования, вызванным профильной и урбвневой дйфференциацией •отечественных образовательных учреждений; , •

- методической неопределенностью "перечня минимума знаний по разделу "Теория электрических цепей" в курсах физики учебных заведений разных- образовательных уровней г

;' - недостаточной разработанностью методических комплексов по, использованию адекватного математического аппарата.для обучения теории электрических цепей в курсах физики учебных заведений различных образовательных уровней.

■•■■■■• - 5 -

Обь в к т о jü >-и с с^л е д о в а н и я • является процесс обучения основам теории "электрических целей'в рамках курса физики учебных заведений различных образовательных уровней.

П р е д м е т исс лед о в «а н и я составляет содержание; математический аппарат и методика изложения основ теории электрических цепей в рамках курса физики учебных заведений различных образовательных уровней.

„ Ц'е л-ь и Cob л е д о в а н и я - совершенствование содержания физического образования на основе повышения уровня формализации методов расчета электрических цепей и разработки методики введения электротехнических терминов на основе использования фундаментальных физических понятий."

• М в т о д о л о г .и ч в с кой основой, исследования явились:

- философские, психологические и педагргичеокие концепции познания, как общественно-исторического процесса (Бабанский Ю.К., 'Гальперин П.Н... -Извозчиков В.А., йаитор И.М., Леонтьев А.Н..Мещанский'В. А. , Сохор A.M. , Талызина. Н.Ф:, Швырев. В.С.) • ,

- дидактические -закономерности . учебного познания (Зорина Л.Я.. Краевский &.В., Лервер К.Я., Скаткин М.И.. Фридман Л.М., шамова Т.И., Щукина Г. И.];

. - теоретический анализ проблемы'связи.теории с практикой в области социологии и педагогики, передовом педагогическом опыте и методической литературе:* '

- системный подход в изучении педагогических явлений.

Ценной основой настоящего исследования явились работы известных методистов-физиков: _ Волковыского Р.Ю.., • Каменецкого С. Е.', Кондратьева A.C.,'Ланйной"И.Я., Лаптева В.В., Пинского'A.A.., Разумовского В. Г., Усовой A.B. '

В основу исследования положена г и гг о' т в з а :. целенаправленное обучение основам теории* электрических цепей (ОТ.)Ц) в рамках курса физики учебных заведений различного образовательного уровня и в курсе электротехники: профилированного среднего учебного заведения Судет более успешным при организации эффективного практического применения учащиеся теоретических знаний ОТЭЦ, для чего необходимо: '

- оптимизировать структуру этого раздела, повысив уровень ее формализации Путем дополнения современными" приемами преобразования электрических цепей и методам их расчета;

- е - ■

- использовать специальную методику введения электротехнических терминов, основанную на формализованном подходе к раскрытию сути этих терминов. • ''

В процессе исследования и проверки гипотезы нами решались следующие задачи:

1. Проанализировать современные подходы отечественных и зарубежных педагогов к выбору' методов 'расчета электрических цепей для совершенствования процесса обучения .основам теории' электрических цепей (ОТЭЦ) в курсе физики учебных заведений различных образовательных уровней и в курсе электротехники профилированных средних учебных заведений;

2. Обосновать целесообразность и возможность повышения уровня формализации структуры ОТЭЦ в курсе физики учебных заведений различного образовательного уровня, а также обоснование выбора оптимальной системы методов расчета электрических цепей для каждого образовательного уровня. (Оптимизировать содержание' раздела ОТЭЦ. в курсе-физики учебных заведений различных образова-, тельных уровней и в курсе электротехники технического лицея):

3. Проанализировать эффективность действующей методики введения электротехнических терминов в курсе физики учебных заведений различных образовательных уровней, и в-курсе электротехники -профилированных средних учебных заведений. Обосновать необходимость и целесообразность разработки специальной методики- введения электротехнических терминов; , .■■■■•

4. Разработать специальную методику введения- электротехнических терминов при обучении основам теории электрических цепей в курсе физики средней школы и технического лицея, основанную на формализованном подходе к изложению сути этих терминов с позиций фундаментальной физики;

5.;Исследовать возможность и целесообразность применения' компьютерных и программно-педагогических "средств в преподавании основ теории электрических" цепей;

6. Написать учебное и методическое пособия для преподавания электротехники в. техническом лицее,- а также учебно-методические рекомендации по методике введения технических понятий в практику преподавания основ теории электрических цепей в курсе физики средней школы;

7. Исследовать вопрос о влиянии разработанных методик на качество знаний учащихся и уровень" их физического понимания.

".'. >7 - V. ■■■■.....

Научная, новизна» исследования. 8 отличие от работ Калугина к.Е. и Садекова Й.К.. в которых рассматривалась проблема применения физических понятий при анализе электрических цепей в техническом вузе и вопросы общей методики преподавания курсов физики и в частности электродинамики в гимназиях естественно-научного направления, з данной работе разработан комплексный подход к совершенствованию методики преподавания основ теории электрических цепей в разделе электродинамики курса физики:

- основанный на формировании умения учащихся применять физические знания для преобразования и расчета электрических цепей через использование структурно-логического комплекса высокоформа-лизованных методов;

- содержащий все необходимые этапы процесса анализа, преобразования и расчета электрияеских цепей. ' .

•При этом впервые:

1- .Обосновано и разработано- оптимальное соотношение мету содержанием и структурой раздела ОТЭЦ в курсах, физики -и электротехники специализированного технического лицея, и вуза;

■-2. Разработана специальная методика введения электротехнических терминов при обучении основам теории электрических цепей в курсе физики средней школы и технического лицея, * основанная на-формализованном подходе к изложению сути.этих терминов; •

3. Разработана ж обоснована, методика обучения приемам преобразования и расчета электрических цепей на основе указанного формализованного подхода и применения компьютерных средств.

"Достоверность ».обоснованность результатов исследования обеспечивается:

- всесторонним анализом проблемы' на основе физико-математической, психолого-педагогической и методической литературы;

- диалектическим подходом к выявлению противоречий обучения и их разрешению при сочетании теоретических и экспериментальных результатов исследования:

- использованием -разнообразных методов исследования, адекватных поставленным- задачам;

- репрезентативностью и полохителькыми результатами педагогического эксперимента, проводившегося с 1990 по 1995 годы.

. Для решения поставленных задач 'использовались следующие, м е т"о д ы и с с л е д о в а я и я :

- аншшз литературы по проблеме исследования;

■■ - 8 ■■■■

'■■ наЙлвдвййв и участие в учебном процессе по физике, математике» и •элек1ротелиике; ' '

- ретроспективный ©прос учащихся, анкетирование, интервьюирование учителей, учащихся и их родителей;

педагогический эксперимент со статистической обработкой и анализом результатов.

Т е о р е т>;..ч е с к о е . значение работы заключается в разработку путей оптимизации процесса обучения электродинамике в курсе физики учебных заведений различных образовательных уровней и в курсе электротехники технического лицея, на основе повышения степени формализации методов расчета электрических цепей, а также в разработке специальной методики введения электротехнических терминов, основанной на формализации.' Все это обеспечивает повышение- уровня физического понимания; и выработку навыков практического исследования электрических депей.

Практическое значен и е работы заключается в том,'что сформулированные теоретические положения доведены до уровня конкретных ,методических -разработок, и рекомендаций по изложению теоретического материала и решению задач в-использованы при создании учебного пособия по электротехнике для морского ли-■;йёя. Составлена компьютерные программы, реализующие-возможности йовншешя'качества знаний учащихся по электродинамике. Разработаны рекомендации по применению фирменных программных'средств. Результаты исследования внедрены в практику работы Мурманского морского лицоя я Мурманской государственной академии рыбопромыслового флота. .. ' -

А в р с б а-ц и я результатов 'исследования, теоретические, выводы работ» излагались на Еерценовских чтения* (4-5 мая 1994 г., г.С.-Петербург).на научно-технических конференциях МГАРФ Я990 - 1994 гг.-, г.Мурманск). Результаты исследования использованы при написании учебного пособия■по электротехнике для морского лйцея, а также положены в основу разработанных и читаемых лекций по основам теории электрических цепей в курсе физики мурманского морского 'лиц$я. Мурманской морской академии. Мурманского педагогического института. *

Н-а защиту в ы н о с я т с я с л в д у ю.щ и е положения:

1. Повышение эффективности .. обучения электродинамике может быть обеспечено путем формирования умения учащихся применять фи- 2 - ■»■■■ .

зичеокие знания для преобразования и расчета электрических цепей на» основе использования структурно-логического комплекса высоко-формализованных методов, включающего

- систематизацию и упорядочение иерархической структуры приемов преобразования и расчета электрических цепей, изучаемых в курсе физики;

' - выбор .адекватного математического аппарата и вычислительных средств;

- алгоритмизацию приемов практического применения законов электрических цепей и выбранных математических и вычислительных средств; . ■ ■■

2. Методика обучения учащихся современным высокоформализо-ванным приемам, преобразования и расчета электрических цепей основана на: .

- разработке оптимального соотношения, содержания и структуры соответствующих разделов курсов физики средней школы и вуза;

- введении.электротехнических терминов и понятий при обучении основам теории электрических цепей на основе фундаментальных физических представлений:

- повышении уровня формализации* расчетных методов.

"Структура, и,-объем диссертации,

Работа состоит, из введения, трех глав, заключения и библиографии, содержащей ■ 164 источника (в том числе 11 на иностранных языках). Работа содержит 139 с. текста, 9 таблиц 37 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая глава - "Теория электрических цепей в курсе физики средней и высшей школы" содержит теоретическое обоснование необходимости включения в практику преподавания.электродинамики системы метрдов расчета электрических цепей с высоким уровнем Формализации.- Проведён сравнительный анализ эвристических и формализованных методов решения физических задач.

Эвристические • .приемы представляют .собой некоторые не вполне точные метода решения задач, с помощью которых - можно прийти, а можно и не прийти • к нужному результату. Эвристические приемы решения задач незаменимы тогда, когда алгоритм решения (как четкая последовательность действий) неизвестен. 'Это одно из преимуществ этого метода. Другим достоинством эвристического метода является

- ю -

•возможность получать .более быстрое и простое решение некоторых задач, имеющих известный алгоритм решения.

■Примеры решения задач эвристический методом необходимо рассматривать в процессе преподавания физики и пропагандировать этот метод, но обучить ему весьма сложно. Общепризнанных методик обучения эвристическому методу решения задач не существует. Рекомендации по применению этого .метода носят -достаточно общий характзр.

. Известный,американский математик Д. Пойа дает некоторые рекомендации по. применению эвристического метода-, среди них есть такие: "Первое правило - надо иметь способности, а наряду с ними и удачу. Второе правило - стойко держаться и не отступать, пока не появится счастливая идея".

В отличие от эвристических методов, алгоритмические методы основаны .на применении аналитического -мышления. Аналитическое „мьрление характеризуется тем, что его отдельные этапы отчетливо представлены, объективированы для думающего человека и он может выразить их в речи. При этом обычно.человек осознает как содержание, так и ход мыслей* Мышление может принимать' « этом случае форму стройного рассуждения от.общего к частному или форму последовательного анализа от частного к общему.

Алгоритмические методы решения задач основаны на применении формализации - одного из важных методологических приемов научного пдзнания," используемого физической наукой. . '

В-теоретической электротехнике высокоформализованные методы расчета, установившихся режимов работы линейных электрических цепей разработаны достаточно глубоко. Классическими стали те из них, которые имеют наиболее высокий уровень формализации:

-- расчет электрических цепей с помощью' законов Кирхгофа;

- метод контурных токов;

- метод узловых потенциалов. .

Но самый- высокий' уровёнь ■ формализации имеет топологический

метод анализа электрических цепей, или метод графов. Классические методы основаны на использовании матричных уравнений, что позволяет ввести ртрогую упорядоченность в процесс решенщь' Метод графов отличается' от них тем, что позволяет "получить'решение без процесса решения", т. е. с минимальными промеауточными выкладками, а иногда вообще избежать, составления уравнений.

Таким образом," сегодня метод графов - это наиболее эффективное средство анализа электрических цепей. Его применение позволя-

> - II'-.."-. '

ет в ряде случаев сократить объем работы примерно на порядок по сравнению с классическими методами. Граф электрической цепи можно представить как карту, иллюстрирующую процессы, протекаадие в этой цепи. Как и всякая хорошая карта, граф наглядно демонстрирует кратчайший путь между любыми двумя точками, позволяя найти кратчайшее и быстрое решение интересующей нас задачи.

Однако, метод графов требует специальной математической подготовки. что -ограничивает нижний уровень области его применения старшими курсами технических вузов.

В настоящее время, в связи с внедрением в"учебный процесс новых инструментальных средств, прежде всего средств вычислительной техники, и с появлением новых информационных технологий проблема обучения Формализованным методам расчета линейных электрических "цепей, предстает в новом свете.

Применение в преподавании компьютерных-"технологий позволяет каждому учащемуся при выполнении математических расчетов использовать обобщенный опыт всего человечества. Освоив лазь принципы составления физических и математических моделей электрических це~ ,пей на основе применения формализованных методов расчета к колучив общиь представления о методах решения систем линейных уравнений, а также о математике комплексных чисел, учащийся, с помощью ббычного калькулятора, а еще эффективнее - с помощью компьютера и дружественно настроенной вычислительной программы, достаточно быстро получит числовые -значения интересующих его параметров линейной электрической цепи.

Такой подход к преподаванию методов расчета электрических цепей предполагает, начиная с уровня 9-го класса в профилированных технических.средних учебных заведениях (лицеях, гимназиях), а в общеобразовательных школах - с уровня 10-го класса, включение в учебные программы системы высокоформализованных методов расчета электрических цепей. Безусловно, методика их изложения должна быть адаптирована (но не за счет упрощения материала и искажения его" сути) к образовательному и возрастному уровням развития этой ка-(тегории учащихся. Минимально необходимый для этого уровень школьного математического образования уже имеется.

Вторая глава - "Система формализованных методов расчета электрических цепей для различных уровней образования" посвящена вопросам ' методики разработки структуры раздела . электродинамики на основе идей формализации и методике преподава-

. ... 12 -......

ния вюзакофорьшизованвдх -методов расчета электрических цепей.

При реализации идеи повышения уровня формализации преподавания иТЭЦ в курсе физики учебного заведения конкретного образовательного уровня возникает необходимость решения ряда задач:

выбор оптимального уровня формализации структуры ОТЭЦ, адекааткогр образовательному уровню учебного заведения;

• - выбор оггашального уровня формализации описаний физических й та,1'ем-Т1-'';«.!оких моделей электрических цепей и способов получения этих моделей; г,. ' • ■',..'/.■,.■■'';'.-.'..'

-• ¿«изышение - уровня формализации электротехнических терминов :{ поаятий в разработка методики их введения.

•'•-тямальяой следует считать такую структуру ОТЭЦ, объем ко-■уорогг . серого соответствует нормам времени, отведенным на ее кзу-•тенэе ^чейж вдтасм,, й. которая имеет» .завершённый характер и высокий урэвешь^ формализации».^т.е. "всё ее .кощоненты связаны друг •р датой - '

цепей-' Дяя преподавания' ОТйЦ в курсе"■орё^'еЯ'. школы должна учитывать сформированный'вше м^ийум:, ^ ордазацда .■ уровне обще-

образовательной школы. Она предполагает введение комплекса мэр на. основе формализации в практику ^преподавания ОТЭЦ в курсе Физики средней общеобразовательной 'школы:

~ конкретизация содержания основных электротехнических терминов, характеризующих топологию электрической цепи (узел электрической цепи, контур и ветвь электрической цепи я т.д.);

» расширение числа изучаемых способов моделирования участков электрических цепей и представление одних и тех-же, участков раз-., личными схемами замещения (изучение двух схем замещения источника' электрической энергии - схемой источника 'ЭДС и схемой источника •тока." а также изучение способов .перехода от"одной схемы к другой; изучение схем замещения параллельных' ветвей, содержащих активные элементы, одной ветвью и обратная замена; изучение схем замещения ветви, содержащей активные и пассивные элементы, двумя параллельные ветвями - активной ш пассивной, а гакяе' их 'обратная замена; изучение схем замещения треугольника сопротивлений эквивалентной звездой я обратная замена);

~ включение з практику преподавания' механизма применения законов Кирхгофа:

■'•4 13 ~ •

- введение в практику преподавания цепей "переменного .тока символического метода их.расчета.

Такой минимум изменения содержания преподавания практически не требует изменения количества учебных часов на изучение раздела "Электродинамика" в курсе физики. Все изменения предлагается проводить 'в основном через смещение "акцентов" в содержании раздела.

Расширение в структуре ОТЭЦ курса физики общеобразовательной школы количества способов моделирования участков электрической, цепи •продиктовано необходимостью повысить структурный уровень формализации группы приемов преобразования расчетной схемы цепи, -.обеспечивающих расчет электрической цепи методом свертывания.

В традиционном курсе физики этому методу -уделяется большое внимание. И это оправдано. Расчет цепей методом свертывания наглядно демонстрирует, что любая электрическая цепь может быть представлена не только более подробной." моделью, но и упрощенной^ которая, в отличие от подробной, не-описывает" поведение отдельных .-элементов, включенных в реальную цепь. Такой прием имеет широкое применение. Любая схема любой электрической цепи -..это лишь абстрактная модель, которая в большей или меньшей степени отражает основные свойства реального объекта. Одним из основных результатов, которых нужно достичь, обучая ОТЭЦ, г формирование у учащихт ся- умения правильно определять границы применимости каждой модели.

Умение правильно представлять границы применимости моделей электрических цепей лежит, в основе формирования.фундаментального характера физического 'образования, основанного на- высоком уровне физического.понимания, являющегося необходимой основой качественного усвоения знаний дисциплин электротехнического профиля при продолжении образования в техническом вузе и при самообразовании.

Вследствие весьма ограниченных норм времени, предусмотренных учебным планом общеобразовательной школы, в традиционной, структуре ОТЭЦ школьного курса физики система приемов получения эквивалентных схем замещения, необходимых для расчета электрических цепей методом свертывания, ие носит завершенного характера я имеет недостаточный уровень формализации.

Структура материала ОТЭЦ, предлагаемая в настоящей работе, оодержит полную систему приемов, необходимых для-применения метода свертывания цепей, однако" недостаток учебного времени вынуждает вынести некоторую часть приемов эквивалентного преобразования схем в параграфы для самостоятельного изучения.

- 14 -

Конечно.-.это лишь частичное решений проблемы, тем не менее оно.вполне оправдано. Несмотря на то. что Часть материала учебника "приобретает справочный характер и не требует запоминания, уровень физического понимания при таком подходе к обучению ОТЭЦ выше, так как основан он на возможности практического применения такого наглядного метода, каким является метод свертываря цепей.

Полученная структура раздела ОТЭЦ курса физики общеобразовательной средней школы отражает-иерархию методов расчета, их.взаимосвязь и соподчиненность. Методы, занимающие более высокий уровень- а данной структуре, содержат в себе, в некотором обобщенном вид®, .все остальные методы, расположенные ниже и являющиеся основанием для верхних уровней. Таким образом, методы расчета цепей переменного тока, включенные в эту иерархию, основываются на методах расчета цепей постоянного тока. ■ ,

Т.ретья глава - ''Организация и результаты педагогического- эксперимента" посвящена"вопросам выявления.и разработки экспериментальной проверки эффективного использования- вы-сокоформализованных методов расчета электрических цепей на уроках физики и осуществлялась в ходе специально разработанного'педагогического эксперимента. В его задачи- входило:

.. 1. Изучение состояния проблемы применения высокоформализо-.ванных методов расчета электрических цепей в традиционном курсе физики;

2. Определение эффективности разработанной нами методики преподавания вьюокоформализоваяных методов расчета электрических цепей в курсе физики:

- сопоставления качества знаний, умений и навыков учащихся по физике' и основам электротехники экспериментальных и контрольных классах;

- выявления готовности школьника к работе на микрокалькуляторах и компьютерах;

- установление положительной динамики проявлений познавательных. интересов учащихся экспериментальных классов;

- повышение качества преподавания и профессионального мастерства учителей физики.

Экспериментальное решение этих задач оказалось достаточно трудным по ряду причин;.

1. В методической литературе нет единого подхода к содержанию структуры формализованных методов расчета электрических цепей

- 15 -

в курсе физики. В традиционных курсах физики эта структура неполная, поэтому нами прежде всего было определено содержание завершенной системы методов расчета электрических цепей для разных типов учебных заведений;

2. Трудности в выборе школ для проведения эксперимента. Это положение объясняется естественной необходимостью наличия в школе кабинета, оборудованного средствами ВТ. Кроме того (в работе школы по нашей методике это оказывалось главным фактором) необходимо, чтобы учитель физики владел знаниями теории электрических цепей,'навыками расчета электрических цепей с помощью высокоформа-лизованных методов и умел работать с современными программными "и аппаратными компьютерными средствами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании проведенных теоретических исследований'и результатов' педагогического эксперимента - можно сделать следующие выводы:

1. Доказана актуальность проблемы использования,при обучении ОТЭЦ в курсе физики учебных заведений различного образовательного уровня, системы высокоформализованных методов расчета электричес-

. ких цепей; .. ■

2. Определены возможные пути ее разрешения - разработаны структура и содержание комплексов формализованных методов расчета электрических цепей для преподавания основ теории электрических цепей в курсе физики учебных заведений различных образовательных уровней и в курсе электротехники технического лицея или гимназии;

3. ■ Предложена специальная методика введения электротехнических терминов при обучении основам теории- электрических цепей В курсе Физики средней- школы и технического лицея, основана на.: формализованном подходе к изложению сути этих термшов с позиций.

. фундаментальной физики; -

4. В ходе исследования доказана педагогическая целесообразность применения высокоформализованных методов расчета.электрических цепей при обучении ОТЭЦ в курсе физики, основные рекомендации по применению этих методов сводятся к следующему: ,

- оптимизация процесса преподавания электродинамики требует упорядочения структуры .ОТЭЦ курса физики учебного заведения любого профиля (и любого образовательного уровня), в соответствии

.... - 16'. ■■

с требованиями формализации. Структура ОТЭЦ должна включать завершенный комплекс.методов, расчета электрических цепей, обеспечивающий возможность'практического применения'средств ОТЭЦ для расчета некоторых режимов работы электрических цепей;

- изменение структуры и содержания ОТЭЦ в рамках курса физики средней школы требуют адекватного изменения структуры и содержания ОТЭЦ курса физики технического вуза;

- оптимизация процесса преподавания электродинамики требует специальной методики „введения электротехнических терминов на основе использования фундаментальных физических понятий.

5. Результаты проведенного педагогического эксперимента доказали, что использование на уроках физики системы высокоформали-зованных методов расчета электрических цепей по предложенной нами -методике:

- способствует реализации учащимися возможности применять свой теоретические 'знания'в ^практической деятельности . по решению задач; .

- способствует развита» познавательного' интереса учащихся; приводит к повышению качества знаний учащихся, более высокому уровню физического понимания электродинамики.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1."Применение ПЭВМ для расчета электрических цепей переменного тока на* языке Бейсик: Тезисы докл. на НТК профессорско-преподавательского состава, аспир.. научн. и инженерно-техн. работников МВЙМУ, Мурманск. .1990. С. 150-151.

2. Применение ПЭВМ'"Искра 1030" для обеспечения.занятий по курсу ТОЭ: Программа и тезисы докл. научно-метод. семинара профессорско-преподавательского состава-"Опыт использования компьютерной технологии. Ьбучения кафедрами академии": Мурманск, МГАРФ,

■ 1993, С". „21-23.

<3. К вопросу -а регулируемом асинхронном электроприводе: Тезисы докл. на НТК профессорско-преш состава, аспир., научн. и "Инженерно-техн. работников МГАРФ, Ч.4 - Мурманск, 1993, С. 15-16.

4. О совершенствовании политехнической направленности курса физики: Актуальные проблемы преподавания физики4 в современной школе: Материалы научн. конф. "Герценовские .чтения" (4 - 5 мая 1994 Г.) - С. -Петербург "ЭОС", .1994, С. 37. - - 5."Анализ работы АД С разделенными обмотками статора: Тезисы докл. на НТК профессорско-преп. состава, аспир., научн. и инже-

■ - 17 -

нерно-техн. работников МГАРФ, Ч. 1 - Мурманск, 1994» С. 49-50.

6; йз опыта организации научно-исследовательской работа учащихся морского лицея: Тезисы докл. на НТК профессорско-преп. состава, аспир.. научн. и инженерно-тезш. работников МГАРФ. Ч. 2 -Мурманск, 1994* С. 66-67. .

7. Основы электротехники: Учебное пособие для учащихся 9-х классов Мурманского морского лицея, Мурманск, МГАРФ. 1994. 143 с..

ШИЯН АНАТОЛИЙ ФЁДОРОВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 13.С6.95 Формат 60x84 1/16

Печ. л. 1,0 Зак. N 478 Тира* 100 экз.

Бесплатно РТП изд-ва МГАГФ