Теория и методика использования метода сканирования в учебном физическом эксперименте

Данилов, Олег Евгеньевич

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: Теория и методика использования метода сканирования в учебном физическом эксперименте

Автореферат

Автор научной работы: Данилов, Олег Евгеньевич
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Глазов
Год защиты: 2005
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Теория и методика использования метода сканирования в учебном физическом эксперименте"

На правах рукописи

ДАНИЛОВ Олег Евгеньевич

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА СКАНИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

13.00.02 Теория и методика обучения и воспитания

(физика)

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Киров - 2005

Работа выполнена на кафедре общей физики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Глазовский государственный педагогический институт имени В. Г. Короленко"

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор

Майер Валерий Вильгельмович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Сидоренко Феликс Аронович

кандидат педагогических наук, доцент

Бутырский Герман Александрович

Ведущая организация:

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный педагогический университет"

Защита состоится 20 декабря 2005 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета КМ 212.041.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования " Вятский государственный гуманитарный университет" по адресу: 610002, г. Киров, ул. Ленина, д. 111, ауд. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Вятский государственный гуманитарный университет".

Автореферат разослан 15 ноября 2005 г.

Ученый секретарь • л

диссертационного совета _^ К. А. Коханов

¿2 83 Г

12МО01

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время система образования претерпевает существенные изменения. Возрастает роль информации в жизни общества, что приводит к повышению требований, предъявляемых к уровню образования. Хорошее образование, предполагает, что выпускник школы овладел методологией научного поиска. В обязательном минимуме содержания основных общеобразовательных программ указывается, что изучение физики направлено на достижение следующих целей: овладение учащимися умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать ипотезы и строить модели, устанавливать границы их применимости, анализировать результаты собственных действий и т. д. Физические знания нужны для общего образования. Усиливается их влияние на развитие учащихся и подготовку их к практической деятельности. В связи с этим процесс модернизации структуры и содержания учебной физики нуждается в научном обеспечении. Значительный вклад в развитие основных направлений дидактики физики внесли

A. И. Бугаев, В. С. Данюшенков, Ю. И. Дик, С. Е. Каменецкий, А. А. Пинский, И. Г. Пустильник, В. Г. Разумовский, Ю. А. Сауров, А. В. Усова.

Физика является экспериментальной наукой, поэтому особое внимание при ее изучении необходимо уделять эксперименту. Такой подход в обучении соответствует специфике физики: исследователи наблюдают природные процессы непосредственно, либо производят эксперимент в искусственно созданных условиях. Развитию экспериментальных методов изучения физики, разработке и совершенствованию систем учебных опытов посвящены труды таких ученых, как Л.И.Анциферов, Б.С.Зворыкин, О.Ф.Кабардин,

B. В. Майер, Н. Я. Молотков, А. А. Покровский, С. А. Хорошавин, Т. Н. Шамало, Н.М.Шахмаев и др. Работы этих исследователей дают возможность констатировать непрерывное совершенствование теории и методики учебного физического эксперимента.

Повышение эффективности обучения невозможно без применения новейших технических средств обучения. В последнее время в учебном эксперименте наблюдается тенденция создания комплектов нового оборудования на базе компьютерной техники, позволяющих автоматизировать управление экспериментом, и методик применения этих комплектов при обучении физике. Этому направлению развития учебного эксперимента посвящены работы Ю.А.Воронина, В. А. Извозчикова, В.В.Лаптева и др. Как правило, компьютерные измерения осуществляются с помощью датчиков физических величин. Перемещая датчик в пространстве, можно визуализировать распределение измеряемой физической величины с помощью показывающего устройства. функции которого может выполнять компьютер.

В результате изучения физики у учащихся должны быть сформированы такие важные понятия, как физическая величина и физическое поле. Изучение содержания современных учебных программ по физике и школьных учебников показывает, что значительная часть учебного материала отводится на изучение волновых полей.

В диссертационном исследовании Е. С. Агафоновой показано, что из суще-

ствующих методов визуализации вол; юикх МДОНДОАЯбСКДО гей универсально-

стью обладает метод сканирования.

Поэ'бИЛЯИОШеЦАгенс' вование учебного

¿•"авж

физического эксперимента по волновой физике, позволяющего визуализировать физические закономерности посредством компьютерной техники, используя метод сканирования, является актуальным. К сожалению, в настоящее время учителя физики испытывают существенные трудности при постановке опытов с компьютером и применяют их чаще всего бессистемно и эпизодически.

Анализ новых государственных стандартов школьного образования, обязательного минимума содержания основных общеобразовательных программ, научно-методической литературы, практики работы общеобразовательных и высших учебных заведений позволяет сделать вывод о наличии следующих противоречий: 1) между необходимостью введения в учебный процесс по физике нового учебного эксперимента со сканированием на базе современных компьютерных технологий и неподготовленностью школьного учителя физики к использованию этого эксперимента; 2) между возможностями автоматизации учебного физического эксперимента по волновой физике посредством использования компьютерного сканирования и недостаточной разработанностью теории и методики его применения в процессе обучения физике.

Актуальность данного исследования обусловлена требованиями Государственного стандарта основного общего образования по физике по развитию интеллектуальных и творческих способностей учащихся при выполнении экспериментальных исследований с использованием информационных технологий, возрастанием роли компьютерных технологий при обучении и необходимостью совершенствования методов и средств обучения на основе этих технологий; необходимостью применения метода компьютерного сканирования в учебном физическом эксперименте, разработки теории и методики его применения; совершенствованием средств обучения, направленных на формирование у учащихся наглядных образов распределений амплитуды и интенсивности волны и знаний о современных научных методах исследования физических полей на примере изучения волновых полей методом компьютерного сканирования.

Объект исследования — учебный физический эксперимент в современной системе физического образования.

Предмет исследования содержание и методы учебного физического эксперимента для изучения волновых полей в курсах физики средней общеобразовательной и высшей педагогической школы.

Цель исследования — совершенствование учебного физического эксперимента для изучения волновых полей путем применения метода сканирования, реализованного посредством компьютерной техники.

Гипотеза исследования: Если разработать простой и доступный для воспроизведения в школьных условиях компьютерный сканер волновых полей, то будет обеспечена возможность совершенствования учебного эксперимента по изучению волн разной природы, что позволит организовать более эффективную деятельность учителя и ученика по изучению волновых явлений, в результате которой:

1) будущий учитель физики приобретет умения сборки компьютерного сканера, разработки программного обеспечения, выполнения количественных

экспериментов по исследованию волновых полей и освоит учебную теорию, объясняющую результаты учебных опытов;

2) учитель физики в демонстрационных экспериментах познакомит учащихся с физическими явлениями, изучавшимися ранее лишь на умозрительном уровне;

3) учащиеся при выполнении лабораторных работ физического практикума повысят уровень познавательной мотивации, приобретут исследовательские умения и новые физические знания. '

Основные задачи исследования состоят в следующем:

1. Изучить методологические основы учебного физического эксперимента и определить основные тенденции его развития.

2. Провести анализ теоретического и экспериментального изучения физических полей в современной системе физического образования.

3. Изучить и проанализировать использование метода сканирования в учебном физическом эксперименте при обучении физике в общеобразовательной и высшей школе.

4. Разработать и изготовить учебную экспериментальную установку для компьютерного сканирования волновых полей, обеспечивающую постановку демонстрационных и лабораторных экспериментов, удовлетворяющую дидактическим требованиям к учебной экспериментальной технике.

5. Разработать дидактические принципы и на их основе создать программный продукт, обеспечивающий выполнение учебных экспериментов посредством компьютерного сканера.

6. Разработать методику и технику постановки учебных экспериментов по исследованию волновых полей, реализующие метод компьютерного сканирования.

7. Провести педагогический эксперимент с целью обоснования справедливости гипотезы исследования.

В настоящей работе применялись следующие методы исследования. Теоретические: изучение и анализ научной, методической и специальной литературы по рассматриваемой проблеме; анализ обязательного минимума содержания физического образования, примерных программ курсов физики, требований к уровню подготовки выпускников школ; изучение и анализ практики работы общеобразовательных школ и педагогических вузов по исследуемой проблеме. Экспериментальные: практическое моделирование процесса формирования наглядных образов распределений физических величин при изучении волновых полей в школе и педагогическом вузе; опытно-конструкторская работа по созданию новых учебных приборов и экспериментальных установок; педагогический эксперимент с учащимися школы, школьными учителями физики, студентами педагогического вуза, вузовскими преподавателями физических дисциплин (наблюдение, беседа, анкетирование, метод экспертных оценок экспериментальных установок и опытов); статистические методы обработки и качественный анализ результатов исследования.

школе посредством использования метода компьютерного сканирования волновых полей, изучаемых в курсе физики.

Теоретическая значимость.

1. Предложена общая концепция метода сканирования в учебном физическом эксперименте, включающая содержательный, методический и процессуальный блоки. Указаны проблемы, решение которых откроет новые возможности совершенствования учебного эксперимента по термодинамике, электродинамике и оптике.

2. Определены дидактические принципы построения и конструктивные особенности компьютерного сканера для изучения волновых полей, дидактические принципы соответствующего базового программного обеспечения.

Практическая значимость.

1. Создан комплект приборов для компьютерного сканирования звуковых и электромагнитных полей сантиметрового диапазона для проведения учебных опытов по распространению, отражению, интерференции и дифракции волн.

2. Разработаны содержание и методика применения учебных исследовательских заданий при изучении волновых полей на основе метода компьютерного сканирования в школьном курсе физики и курсе общей физики педагогического вуза. Выявлены оптимальные условия проведения учебных экспериментальных исследований звуковых полей методом компьютерного сканирования.

3. Предложены опыты, расширяющие и углубляющие содержание учебного физического эксперимента по волновой физике, разработана методика и техника их постановки.

4. Разработано открытое программное обеспечение компьютерного сканера на алгоритмическом языке, широко распространенном в системе образования и доступном учащимся.

Методология и теория исследования базируются на концепциях формирования физических понятий (А.В.Усова, Т.Н.Шамало), научного познания при обучении физике (В.Г.Разумовский, И.Г.Пустильник), описания и проектирования практики обучения физике (Ю. А. Сауров), учебной физики и научного познания в дидактике физики (В. В. Майер), формирования системы эмпирических знаний по физике (Р. В. Майер).

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются соответствием полученных результатов теоретическим положениям дидактики физики и подтверждаются статистически значимыми результатами педагогического эксперимента. Результаты диссертационного исследования были представлены в докладах и материалах III, IX, X Всероссийских научно практических конференций "Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения" (Глазов, 1998, 2004, 2005), научно-практической конференции "Практика обучения физике как творчество" (Киров, 1998), Всероссийской научно -практической конференции "Актуальные проблемы прикладной физики и методики преподавания физики в вузе и школе" (Борисоглебск, 2005) и Международной научно-практической конференции "Повышение эффективности подготовки учителей физики и ин-

форматики" (Екатеринбург, 2005). Основные результаты исследования представлены в 12 публикациях автора.

Апробация, внедрение и обсуждение результатов исследования осуществлялись в общеобразовательных школах МОУ СОШ ЛГ: 8 и МОУ СОШ №15 г.Глазова, на семинарах методического объединения учителей физики г.Глазова, на физическом факультете ГОУ ВПО "Глазовский государственный педагогический институт имени В. Г. Короленко" и в рамках X научно-практической конференции "Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения".

На защиту выносятся следующие положения:

1. Метод сканирования применяется в современной учебной физике и может выступать как общий метод экспериментального исследования физических полей различной природы.

2. Разработанная и изготовленная учебная экспериментальная установка для компьютерного сканирования волновых полей обеспечивает постановку демонстрационных и лабораторных экспериментов и удовлетворяет дидактическим требованиям к учебной экспериментальной технике.

3. Предлагаемые дидактические принципы позволяют на их основе со здать программный продукт, обеспечивающий выполнение учебных экспериментов посредством компьютерного сканера.

4. Разработанные методика и техника постановки учебных экспериментов по исследованию волновых полей позволяют реализовать метод компьютерного сканирования в учебном процессе по физике.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (200 источников, в том числе 5 иностранных) и приложения. Общий объем диссертации 207 страниц; она содержит 71 рисунок и 23 таблицы.

Во введении обосновывается актуальность исследования, определяются объект, предмет и цель исследования, выдвигается гипотеза, формулируются задачи исследования, перечисляются методы исследования, раскрываются научная новизна и практическая значимость, приводятся положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Теоретические основы использования метода сканирования в учебном процессе" дается теоретическое обоснование возможности и целесообразности использования метода компьютерного сканирования волновых полей в учебном физическом эксперименте.

С этой целью в первом параграфе "Методологические основы учебного физического эксперимента" рассматриваются методологические основы, средства, методы и формы учебного физического эксперимента, а также возможность применения в этом эксперименте компьютерных технологий.

Процесс образования должен осуществляться с учетом принципа политехнизма. К главным задачам такого обучения в настоящее время относится ознакомление учащихся с главными направлениями научно-технического

прогресса и физическими основами функционирования технических устройств. Кроме этой задачи сюда можно отнести развитие творческих технических способностей, мотивацию и активизацию познавательной деятельности учащихся, формирование их мировоззрения. На современном этапе существует противоречие между новыми образовательными задачами и некоторыми традиционными технологиями обучения. Поэтому возникает проблема определения нового содержания учебного эксперимента и создания технологий обучения физике, соответствующих новой концепции образования (образовательному стандарту). Учебный физический эксперимент должен демонстрировать связь физики и техники, учитывать основные направления научно-технического прогресса. Современные учебные экспериментальные установки должны предоставить возможность постановки экспериментов, которые до этого считались трудоемкими (требующими больших затрат времени на постановку или на обработку результатов эксперимента).

К дидактическим принципам конструирования курса физики относится принцип наглядности, который на современном этапе претерпевает некоторые изменения, связанные с изменением понимания на! лядности в методологии науки. Изучаются явления и объекты, недоступные непосредственному наблюдению. Для передачи информации о них создаются системы, ориентированные на передачу информации в зрительно наглядной форме. Следовательно, такие новые эксперименты должны входить в содержание учебного физического эксперимента. Возможна и новая реализация принципа генерализации (отбора содержания учебного физического эксперимента и его структурирования, предполагающего выделение одной основной идеи экспериментального изучения учебного материала).

Одно из основных направлений использования компьютера при обучении физике — его работа в соединении с экспериментальными установками. В этом случае он может выполнять две задачи: фиксировать экспериментальные данные и автоматизировать управление экспериментом. Компьютерная установка избавит (если это необходимо, например, при демонстрациях) от большого числа однообразных измерительных операций, позволит обеспечить визуализацию результатов экспериментального исследования в реальном времени, автоматизацию и высокую точность математических вычислений, сохранение результатов на электронном носителе информации. Целесообразно использовать компьютер и по той причине, что сам он представляет безусловный интерес для учащихся, особенно в том случае, когда он применяется в сочетании с другой экспериментальной техникой. Таким образом, использование компьютера в составе экспериментальной установки при обучении физике, наряду с компьютерным моделированием физических явлений, представляется нам наиболее оправданным и перспективным. Поэтому представляется реальным введение в процесс обучения физике принципиально нового учебного физического эксперимента, позволяющего визуализировать физические закономерности на экране, используя датчики физических величин, подключенные к компьютеру. Отбор соответствующего содержания учебного физического эксперимента и его структурирование можно осуществить, опираясь на идею экспериментального изучения учебного материала с использованием метода сканирования.

Во втором параграфе "Методы теоретического и экспериментального изучения физических полей в современной системе физического образования" анализируются содержание и методика теоретического и экспериментального изучения физических полей. Обосновывается необходимость рассмотрения наряду с гравитационным, электрическим и магнитным полями волнового поля с целью формирования обобщенного понятия физического поля. Отмечается, что эффективное формирование понятия волнового поля возможно при опоре на учебный эксперимент с использованием метода сканирования.

По современным представлениям область пространства, в каждой точке которой существует определенная физическая величина, называется физическим полем этой величины. Это довольно абстрактное представление и должно в конечном итоге быть сформировано у учащихся. Однако физическое понимание требует, чтобы помимо определения, учащиеся были твердо убеждены в реальном существовании физических полей. Такая убежденность возникает только на основе доказательного учебного эксперимента. Формирование понятия поля окажется более эффективным и полным, если в школьном курсе физики помимо привычных учителю полей рассматривать и другие физические поля — волновые (в первую очередь, звуковые и электромагнитные сантиметрового диапазона). Выбор этих полей обусловлен доступностью необходимого для их экспериментального исследования учебного оборудования и возможностью создания требуемых условий учебного эксперимента. Экспериментальное доказательство реальности этих полей должно осуществляться методом визуализации.

Анализ современной техники учебного физического эксперимента приводит к заключению, что для решения проблемы визуализации физических полей необходимо использовать компьютер с устройством сопряжения и соответствующими датчиками физических величин. Общая схема электронного измерительного прибора включает датчик, усилитель сигнала с датчика, преобразователь сигнала, показывающее устройство. Только устройство датчика может зависеть от измеряемой величины. Все остальные элементы прибора могут быть пригодны для любых измерений, обеспечивая многофункциональность. Возможна многоканальность, позволяющая измерять сразу несколько величин (например, координату и физическую величину, являющуюся ее функцией).

В третьем параграфе "Метод сканирования и его применение в учебном физическом эксперименте" рассмотрено применение метода сканирования, предложены дидактическая модель формирования понятия метода сканирования (табл. 1) и общая концепция метода в современном учебном физическом эксперименте (рис.1). Сканированием в учебном физическом эксперименте мы называем метод поточечного исследования физического поля, в результате которого получается визуализированное изображение определенной области поля или графическое изображение зависимости характеризующей поле физической величины от координат точек этой области. В этой работе мы ограничиваемся распределением, которое является функцией одной пространственной переменной, так как более сложные виды (плоское и трехмерное) также могут быть получены с помощью этого распределения.

Таблица 1 Дидактическая модель формирования понятия метода сканирования

Элемент модели Этап формирования понятия

1 Конкретно-чувственное восприятие метода сканирования. 2. Анализ существенных признаков понятий "сканер" и "метод сканирования" . 3. Формирование объема понятия (выделение метода сканирования в отдельный класс учебных экспериментальных исследований). 4 Формирование основного содержания понятия метода сканирования (синтезирование признаков). 1. Введение понятия. Введение понятий "датчик", "датчик физической величины", "датчик координаты", "гканировалис", "сканер", ' метод сканирования". Анализ функций сканирующих устройств, приводящих к выделению признаков понятия Изучение объема и основного содержания понятия метода сканирования в форме описания его существенных признаков. Синтезирование признаков попятия метода сканирования.

5. Уточнение признаков и соответствия между основным содержанием понятия " метод сканирования" и его объемом изучения различных форм и приемов использования метода сканирования в учебном эксперименте (измерение в точке, сканирование вдоль прямой, на плоскости; применение сканирующего индикатора и компьютерного сканера), 6. Качественный анализ связей диалектического характера, которые имеются у данного понятия с другими понятиями, изученными ранее (измерение, прибор, метод, эксперимент) 2. Изучение полного содержания понятия "метод сканирования". Изучение содержания видовых понятий и взаимосвязи между сканирующими приборами, используемыми в разных сферах Деятельности человека (в компьютерных технологиях, радиологии, радиолокации, физике). Выявление объективного характера знаний, получаемых с помощью метода сканирования Знакомство с границами применения метода сканирования в учебном эксперименте. Обоснование выбора метода сканирования для экспериментального исследования

7. Формирование умений использования знаний о методе сканирования в учебно- познавательной деятельности. 8. Применение метода сканирования для изучения конкретных явлений (прй постановке демонстраций и выполнении лабораторных работ)- распространении, отражении, интерференции, дифракции волн и т д 3. Практическая реализация знаний о методе сканирования. Практическое использование теоретических знаний о методе сканирования (технические параметры установок, принцип действия приборов, правила использования и т.д.) Разработка и изготовление приборов. Сборка экспериментальных установок, составление компьютерных программ Планирование и проведение эксперимента со сканированием

9. Определение значения и места понятия метода сканирования в учебном физическом эксперименте 10. Классификация и систематизация соответствующих видовых понятий метода сканирования. 4. Систематизация знаний о методе сканирования. Уточнение и определение роли метода сканирования в учебном эксперименте. Систематизация теоретических знаний учащихся с помощью классификации видовых понятий.

В учебном физическом эксперименте для изучения звуковых и электромагнитных полей реализован самый распространенный прием — сканирование исследуемого поля миниатюрным приемником, напряжение на выходе которого модулирует яркость перемещаемого синхронно с ним точечного источника света. Для визуализации этих полей в Глазовском педагогическом институте были разработаны специальные сканирующие индикаторы. Повышение дидактической ценности опытов с волновыми полями возможно при использовании компьютера для сбора экспериментальных данных, их последующей обработки и выведения цифровой или графической информации на экран.

Рис.1

Вторая глава "Современная реализация метода сканирования в учебном физическом эксперименте" посвящена решению следующей задачи. Метод качественного сканирования обеспечивает эффективное формирование обобщенного понятия волнового поля. Мы предположили, что количественное сканирование с использованием компьютерных технологий, при котором получаются графики распределений физических величин, характеризующих волновое поле, позволит углубить знания учащихся, сформирует в их сознании устойчивый образ соответствующих физических явлений, будет способствовать развитию их исследовательских умений. Чтобы обосновать эту гипотезу, необходимо создать и проверить в условиях реального учебного процесса компьютерный сканер волновых полей.

В первом параграфе "Использование компьютерных технологий при реализации метода сканирования" описаны разработанные нами учебные экспериментальные установки для сканирования полей звуковых и электромагнитных врлн с компьютерной обработкой получающихся результатов.

Первый вариант экспериментальной установки предполагает наличие источника 1 физического поля, приемника 2, усилителя 3 сигнала приемника, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 4, 1ВМ-совместимого компьютера 5, программного обеспечения 6, датчика 7 положения приемника (рис. 2). Экспериментальное исследование показывает, что наиболее простой датчик положения — потенциометрический - дает сигнал с помехой, не позволяющей получить достаточно качественные результаты сканирования. Во втором варианте специальный датчик положения отсутствует, а координата датчика физической величины определяется фиксацией мышью отчета по линейной шкале или временем его равномерного движения из начального положения. Вся установка вместе с дополнительным оборудованием помещается на стандартном демонстрационном или лабораторном столе (рис. 3).

В процессе исследования мы убедились, что внедрение метода компьютерного сканирования в учебный процесс средней школы возможно лишь при условии, что этим методом овладеет новое поколение учителей. Эту мысль подтверждает известное положение, что подавляющее большинство учителей физики не используют на уроках компьютерные технологии, несмотря на наличие всех возможностей для такого использования: учителя просто не умеют пользоваться компьютером. Отсюда следует необходимость обучения студентов педагогических вузов современным компьютерным технологиям учебного

физического эксперимента. Такое обучение наиболее эффективно в рамках учебно-исследовательской деятельности студентов. Именно поэтому мы уделили основное внимание содержанию этой деятельности.

Рис.3

Во втором параграфе "Программное обеспечение и градуировка сканера" изложены принципы построения программного обеспечения компьютерного сканера и приведены конкретные программы, реализующие изложенные принципы. В этом же параграфе описаны технология градуировки компьютерного сканера и предназначенное для этих целей программное обеспечение.

В третьем параграфе "Применение метода сканирования в учебном физическом эксперименте" рассматривается применение метода компьютерного сканирования волновых полей в учебном эксперименте. При этом вначале выделена система учебных опытов, в которых целесообразно использование метода компьютерного сканирования. Затем кратко рассмотрены особенности применения этого метода в демонстрационном и индивидуальном эксперименте. И, наконец, приведено содержание учебных исследований волновых полей методом компьютерного сканирования, включающее учебную теорию, учебный эксперимент и исследовательские задания. Такая структура параграфа обусловлена необходимостью дать достаточно полное представление о предлагаемой медернизации учебного эксперимента за счет внедрения метода компьютерного сканирования.

Учитывая требования стандарта и систему опытов по изучению волновых полей, предложенную Е. С. Агафоновой, мы пришли к выводу, что при демонстрациях свойств звуковых и электромагнитных волновых полей в школе можно использовать одну и ту же серию опытов: 1) поле одного источника волн; 2) интерференция от двух источников волн; 3) стоячая волна; 4) дифракция волны на круглом отверстии; 5) дифракция волны на круглом диске.

При реализации компьютерного сканирования в индивидуальном (лабораторном) эксперименте следует предложить такую методику проведения изме-

рений обучаемыми, чтобы у них сложилось четкое представление о физическом поле как пространственном распределении физической величины. Для этого необходима строгая фиксация датчика физической величины в некоторой точке пространства (в нашем случае — точке прямой) и измерение в ней данной физической величины с последующим выведением ее значения на экран компьютера.

Третья глава "Педагогический эксперимент и его результаты" содержит описание методов и результатов проведения системы педагогических исследований по доказательству эффективности предлагаемого нового учебного физического эксперимента и метоДикй его использования при обучении физике. Педагогический эксперимент содержит констатирующий, обучающий, поисковый и контролирующий компоненты. Количественные результаты эксперимента обработаны общепринятыми в педагогических исследованиях методами математической статистики.

В первом параграфе "Планирование педагогического эксперимента" рассмотрены гипотеза, цели и задачи педагогического эксперимента, кратко изложена теория математических методов обработки статистических данных. ' Основные положения гипотезы педагогического эксперимента:

1) предлагаемая компьютерная установка, обеспечивающая учебный физический эксперимент по волновой физике, доступна для использования в школе и вузе, частично "или полностью может быть изготовлена учителем физики;

2) предлагаемые экспериментальная установка и методика ее использования повышают интерес учащихся к изучению волновых полей и стимулируют их познавательную активность;

3) новый учебный физическийн¥ксперим(>нт знакомит учащйхся с современными методами экспериментальных исследований, формирует наглядный образ изучаемых обт^ктов (картин распределений амплитуды звуковой вш» д^-. вдоль прямой), способствует устойчивому запоминанию изучаемых £ЬЛенШ

4) усвоение учащимися различных видов распределений физических величин вдоль прямой будет более успешным (более глубоким), потребует меньше времени при использовании компьютерной установки для сканирования физических полей;

5) овладение новой методикой повышает квалификацию учителя, способствует устранению формализма в преподавании физики.

Во втором параграфе "Доступность предлагаемых экспериментальных установок" проведен анализ интеллектуальной, временнбй и материальной доступности предлагаемых учебных установок, представлено описание процедуры проверки опытов с компьютерным сканированием на соответствие дидактическим требованиям к учебному эксперименту, осуществлена оценка учебности метода компьютерного сканирования.

Важным и актуальным в современных условиях является внедрение приборов, которые учитель физики конструирует самостоятельно, учитывая необходимое для этого время, доступность материалов, свои технические возможности, умения и навыки. Поэтому нами выяснена степень доступности предлагаемого нами оборудования преподавателю физики, исходя из его интеллектуальных, материальных и временных возможностей. В рамках данного диссертационного исследования осуществлялось руководство курсовыми

работами по физике и методике преподавания физики студентов 3 и 4 курсов физического факультета ГОУ ВПО "Глазовский государственный педагогический институт имени В.Г.Короленко", связанными с возможностью применения компьютерного сканера волновых полей в учебном процессе. Результаты, показанные студентами, подтверждают принципиальную возможность изготовления ими элементов (усилителя и АЦП) компьютерного сканера по готовым инструкциям и схемам, даже если они изначально не знакомы с технологией изготовления и не имеют хороших навыков схемотехнического конструирования. Непосредственное изготовление этих частей сканера занимает не более 5-6 часов, включая время на подготовку рабочего места и деталей для сборки. Отметим, что все используемые радиоэлектронные элементы экспериментальной сканирующей установки можно приобрести в обычном магазине радиотоваров. Следовательно, можно сделать вывод, что изготовление сканера волновых полей доступно школьному учителю физики, а тем более преподавателю вуза. Результаты эксперимента также доказывают возможность изготовления сканера соответствующим образом подготовленными учащимися под руководством преподавателя.

Не менее важно и доказательство необходимости ввода компьютерного сканера в учебный эксперимент. Для этого проведен анализ аналогичного оборудования, выполняющего те же или похожие функции в учебном эксперименте, которое уже используется в учебных заведениях. Проведено сравнение предлагаемого нами оборудования (установка 4) с уже существующей техникой — тремя учебными экспериментальными установками для исследования волновых полей. Приведем списки основного оборудования, входящего в состав этих учебных экспериментальных установок. Установка 1: 1) звуковой генератор, 2) два динамика, 3) микрофон, 4) УНЧ, 5) демонстрационный гальванометр, 6) линейка. Установка 2. 1) источник питания, 2) генератор СВЧ с излучающей рупорной антенной, 3) приемная рупорная антенна с детектором, 4) УНЧ, 5) динамик, 6) демонстрационный гальванометр, 7) линейка. Установка 3: 1) звуковой генератор, 2) два динамика, 3) источник питания, 4) генератор СВЧ с двумя типами излучающих антенн, 5) два типа сканирующих индикаторов, 6) УНЧ, 7) линейка.

Сравнительный анализ проводился на основе проверки соответствия экспериментов на базе данного оборудования традиционным дидактическим требованиям к учебному эксперименту методом экспертных оценок. В состав экспертной комиссии вошли 2 доктора педагогических наук, 2 кандидата физико-математических наук, 9 кандидатов педагогических наук, 24 специалиста с высшим педагогическим образованием по специальности "Учитель физики". Экспертиза проводилась в рамках X Всероссийской научно-практической конференции "Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения" (Глазов, 2005) и на семинарах методического объединения учителей физики г. Глазова. В число экспертов вошли исследователи в области дидактики физики и преподаватели физики из Глазова, Екатеринбурга, Кирова, Москвы, Нижнего Новгорода и Санкт-Петербурга. Все эксперты обладают хорошими знаниями в области учебного эксперимента по волновой физике.

Для проведения экспертизы были разработаны критерии, позволяющие

оценить соответствие эксперимента на данном типе оборудования дидактическим требованиям к учебному эксперименту по шкале 0-0,5-1: 0 — эксперимент на данном оборудовании не соответствует требованию, 0,5 -— эксперимент частично соответствует требованию, 1 — эксперимент полностью удовлетворяет требованию. Математическая обработка результатов экспертизы заключалась в вычислении групповых экспертных оценок методом среднего арифметического и'вычислении коэффициентов корреляции оценок двух экспертов. Результаты экспертизы представлены в виде диаграммы на рис. 4.

ДИДАКТИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

I I Установка 1 Р':;1 Установка 2 ъгш Установка 3 Н1 Установка 4

Рис.4

Наименьшее значение рассчитанных коэффициентов корреляции оценок экспертов равно 0,56, что говорит о хорошей согласованности всех 37 экспертов. Считалось, если средняя оценка экспертов больше 0,67, то итоговая оценка равна 1, если средняя оценка меньше 0,33, итоговая равна 0. В случае, когда средняя оценка экспертов находится в интервале от 0,33 до 0,67, итоговая оценка равна 0,5. Видно, что, по мнению независимых экспертов, эксперименты с установкой 4 полностью соответствуют представленным в таблице дидактическим требованиям в отличие от установок 1, 2, 3.

В третьем параграфе "Проведение и итоги обучающего педагогического эксперимента" описаны условия проведения педагогического эксперимента со школьниками и студентами педагогического института и представлены его результаты. Эксперимент проводился с учащимися 10-11 классов МОУ СОШ № 8 и МОУ СОШ № 15 г. Глазова и студентами 2 и 5 курсов физическо-16

го факультета ГОУ ВПО "Глазовский г осударственный педагогический институт имени В. Г. Короленко" с целью оценки эффективности методики использования метода компьютерного сканирования. Педагогический эксперимент предполагал предварительные демонстрации учащимся экспериментов по интерференции звука (школьники) и выполнение учащимися лабораторных экспериментов по интерференции, дифракции звуковых волн (студенты) и тестирование, следующее за экспериментом. Проведение экспериментов по дифракции звука со школьниками не планировалось.

В анкетах обучаемые должны были воспроизвести графики шести распределений. учитывая изменяющиеся условия эксперимента. Количественная оценка степени усвоения данного вида распределения амплитуды (интенсивности) осуществлялась по двухбальной шкале 0 1. Оценка 0 ставилась в случае, если учащийся не выполнил задание или выполнил его неправильно. Правильному выполнению задания соответствовала оценка 1. Результаты обучающего педагогического эксперимента представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты обучающего педагогического эксперимента

Оценка ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ДИФРАКЦИЯ

Школьники 183 чел. Студенты 72 чел. Студенты 72 чел.

0 337 63 155

1 761 369 267

Общее число актов измерений п 183 х 6 = 1098 72 х 6 = 432 72 х 6 = 432

Коэффициент сформированности 0,693 0,854 0,618

При тестировании школьников проведено 1098 измерений. Частота правильных ответов равна 761/1098 = 0,693. В табл. 1 она обозначена как коэффициент сформированности образов распределений амплитуды звуковой волны вдоль прямолинейного отрезка. Применяя метод доверительных интервалов, с 95%-й точностью можно утверждать, что коэффициент сформированности образов распределений у учащихся находится в интервале от 0,666 до 0,720. Выбирая ту же вероятность, получаем в случае со студентами (432 измерения) коэффициент сформированности для опытов по интерференции: (0,821; 0,887); опытов по дифракции: (0,572; 0,664).

Более низкие оценки ответов студентов при тестировании их знаний по дифракции связаны, на наш взгляд, с объективными причинами. Во первых, картина пространственного распределения амплитуды звуковой волны при дифракции значительно сложнее картины ее распределения при интерференции от двух точечных источников волн. Во вторых, сложнее и учебная теория дифракции в сравнении с теорией интерференции от двух точечных источников. Именно по этим причинам этот эксперимент со школьниками не проводился.

Результаты обучающего педагогического эксперимента со школьниками

и студентами позволяют сделать вывод о том, что эффективность предлагаемой намй методикй применения метода компьютерного сканирования при исследовании звуковых волн достаточно высока. Следовагельно, сам метод и реализованные на его основе эксперименты можно рекомендовать для использования в процессе обучения физике.

В ходе диссертационного исследования в общей сложности было проведено 5 различных педагогических экспериментов констатирующего, поискового и обучающего характера, охвативших 76 студентов, 183 школьника, 26 учителей физики общеобразовательных школ и 13 преподавателей вузов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения диссертационного исследования были решены все поставленные задачи, достигнута цель, подтверждена гипотеза исследования.

Выполненное исследование позволяет сделать следующие выводы:

1. Внедрение метода компьютерного сканирования в учебный физический эксперимент целесообразно проводить при изучении двух типов волновых полей: звуковых и электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Это способствует созданию условий надежности и точности учебных экспериментов со звуковыми и электромагнитными полями; улучшению наглядности физических закономерностей, свойственных волновым полям; получению количественной оценки характеристик волновых полей; формированию знаний учащихся о современных научных методах исследования физических полей с применением компьютерных технологий. Новый учебный эксперимент с компьютерным сканером соответствует требованиям современных стандартов и программ по физике, учитывает тенденции развития системы учебного оборудования. Знакомство учащихся с методом сканирования необходимо начинать при изучении звуковых полей. В экспериментальных исследованиях свойств звуковых и электромагнитных волновых полей методом компьютерного сканирования необходимо использовать одну и ту же серию опытов: 1) поле одного источника волн; 2) интерференция от двух когерентных источников волн; 3) стоячая волна; 4) дифракция волны на круглом отверстии; 5) дифракция волны на круглом диске. Таким образом, с помощью сканирования можно изучать различные волновые поля и продемонстрировать общность волновых явлений на одной экспериментальной установке.

2. Компьютерный сканер для учебных исследований состоит из источника волнового поля (возбудителя и собственно источника поля); датчика измеряемой физической величины, характеризующей поле в данной точке пространства; усилителя сигнала датчика; аналога-цифрового преобразователя; IBM совместимого компьютера; программного обеспечения. Предлагаемая компьютерная экспериментальная установка, обеспечивающая учебный физический эксперимент по волновой физике, доступна для использования в школе и вузе, частично или полностью может быть изготовлена учащимися под руководством школьного учителя физики или студентами под руководством преподавателя вуза. Опыты с ней соответствуют дидактическим требованиям к учебному физическому эксперименту, что подтверждает опрос независимых экспертов.

3. При демонстрациях с компьютерным сканером учебный материал при изучении физических полей можно построить на основе сопоставления каждой точке пространства некоторого значения физической величины. Предлагаемая методика использования нового учебного физического эксперимента со сканированием формирует у учащихся наглядные образы картин распределений физических величины вдоль прямой и способствует устойчивому запоминанию изучаемых явлений, что подтверждается результатами обучающего педагогического эксперимента. Овладение методикой повышает квалификацию учителя, способствует устранению формализма в его знаниях и преподавании физики. Возможно и целесообразно проведение индивидуального эксперимента по сканированию волновых полей.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Акатов, Р. В. Компьютерная установка для сканирования волнового поля [текст] / Р.В.Акатов, О.Е.Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 6.— Глазов-СПб: ГГПИ, 1998.— С. 71-78. (0,4 печ. л., авторских — 30%).

2. Акатов, Р. В. Экспериментальное изучение распределения физических величин вдоль одной координаты [текст] / Р.В.Акатов, О.Е.Данилов // Практика обучения физике как творчество: Тезисы докладов научно-практической конференции. Киров: Изд во ВГПУ, 1998.— С. 29-30. (0,1 печ. л., авторских — 50%).

3 Данилов, О. Е. Изучение интерференции звуковых волн методом компьютерного сканирования [текст] / О. Е. Данилов, В. В. Майер // Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения: Программа и материалы десятой Всероссийской научно-практической конференции.- Глазов: ГГПИ, 2005.— С. 16-17. (0,1 печ. л., авторских — 50%).

4. Данилов, О. Е. Исследование дифракции звука на круглом отверстии методом компьютерного сканирования [текст] / О.Е.Данилов, В. В. Майер // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики: Материалы Международной научно практической конференции, Екатеринбург, 12-13 апреля 2005 г.: В 2 ч. 4.2. Екатеринбург: Уральский гос. пед. ун-т, 2005.— С. 49-51. (0,15 печ. л., авторских — 50%).

5. Данилов, О. Е. Комплект приборов для компьютерного сканирования звуковых полей [текст] / О.Е.Данилов, В. В. Майер // Актуальные проблемы прикладной физики и методики преподавания физики в вузе и школе: Материалы всероссийской научно-практической конференции 12-13 апреля 2005 г.; Под ред.

B. В. Благодарного. Борисоглебск: ГОУ ВПО "Борисоглебский ГПИ", 2005,-

C. 120-122. (0,15 печ. л., авторских — 50%).

6. Данилов, О. Е. Конструкция экспериментальной установки для изучения звуковых полей методом сканирования [текст] / О.Е.Данилов, В. В. Майер // Актуальные проблемы прикладной физики и методики преподавания физики в вузе и школе: Материалы всероссийской научно практической конференции 12-13 апреля 2005 г.; Под ред В В.Благодарного.— Борисоглебск: ГОУ ВИО "Борисоглебский ГПИ", 2005. С. 122-125. (0,2 печ. л., авторских - 50%).

7. Данилов, О. Е. Теория и методика использования метода компьютерного сканирования при изучении волновых полей [текст] / O.E. Данилов, В. В. Майер // Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения: Программа и материалы десятой Всероссийской научно-практической конференции.— Глазов: ГГПИ, 2005.- С 6. (0,05 печ. л , авторских — 50%).

»22449

8. Данилов, О. Е. Экспериментальное изучение полей физгп2006~4 Учебный физический эксперимент: Актуальные проб.:-

шения: Программа и материалы девятой Всероссийски 9 / Х л ^ конференции.— Глазов: ГГПИ, 2004.— С. 5. (0,05 печ.

9. Малер, В. В. Дидактическая модель формирования по?

ния полей физических величин [текст] / В. В. Майер, О. с,, длииии» / , ----------

учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 22.— М.: ИСМО РАО, 2005.— С. 46-48. (0,15 печ. л., авторских — 50%).

10. Майер, В. В. Дидактические принципы использования метода сканирования в учебном процессе [текст] / В. В. Майер, О. Е. Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 21.— М.: ИСМО РАО, 2005.— С. 49 50. (0,1 печ. л., авторских — 30%).

11. Майер, В. В. К изучению распределений физических величин [текст] / В. В. Майер, О.Е.Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 19.— М.: ИСМО РАО, 2004,- С. 23-26. (0,2 печ. л., авторских — 30%).

12. Майер, В. В. Концепция метода сканирования в учебном физическом эксперименте [текст] / В. В Майер, О.Е.Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 21 - М.: ИСМО РАО, 2005. С. 51-54. (0,2 печ. л., авторских — 40%).

Изд. лиц. ИД №06035 от 12.10.2001. Подписано в печать 08.11.2005. Напечатано на ризографе Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,3 Тираж 100 Заказ № 1585-2005.

Глазовский государственный педагогический институт имени В. Г. Короленко 427621, Удмуртия, г. Глазов, ул. Первомайская, 25.

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Данилов, Олег Евгеньевич, 2005 год

Введение

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА СКАНИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1.1. Методологические основы учебного физического эксперимента

1.1.1. Методология учебного физического эксперимента. 1.1.2. Средства, методы и формы учебного физического эксперимента. 1.1.3. Компьютерные технологии в учебном эксперименте.

1.2. Методы теоретического и экспериментального изучения физических полей в современной системе физического образования.

1.2.1. Теоретическое изучение полей физических величин. 1.2.2. Экспериментальное изучение физических полей. 1.2.3. Датчики для исследования полей физических величин.

1.3. Метод сканирования и его применение в учебном физическом эксперименте

1.3.1. Сканирование в компьютерных технологиях, радиологии, радиолокации, физике. 1.3.2. Сканирование в учебном физическом эксперименте. 1.3.3. Формирование понятия метода сканирования. 1.3.4. Принципы использования метода сканирования в учебном процессе. 1.3.5. Концепция метода сканирования в учебном физическом эксперименте.

Глава 2. СОВРЕМЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА

СКАНИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ.

2.1. Компьютерные технологии реализации метода сканирования

2.1.1. Компьютерная установка для сканирования полей физических величин. 2.1.2. Компьютерная мышь в качестве датчика координаты. 2.1.3. Компьютерный сканер для волновых полей. 2.1.4. Экспериментальная установка для сканирования волновых полей с датчиком координаты. 2.1.5. Экспериментальная установка для сканирования волновых полей без датчика координаты.

2.2. Программное обеспечение и градуировка сканера

2.2.1. Компьютерная программа для работы со сканером. 2.2.2. Текст программы. 2.2.3. Градуировка компьютерного сканера.

2.3. Применение метода сканирования в учебном физическом эксперименте

2.3.1. Система учебных экспериментов, обеспечивающих изучение волновых полей. 2.3.2. Демонстрационный эксперимент по изучению звуковых полей. 2.3.3. Сканирование звуковых полей в индивидуальном эксперименте. 2.3.4. Учебные исследования звуковых полей методом компьютерного сканирования.

Глава 3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Планирование педагогического эксперимента

3.1.1. Гипотеза педагогического эксперимента. 3.1.2. Цели и задачи педагогического эксперимента. 3.1.3. Математические методы обработки результатов педагогического эксперимента.

3.2. Доступность учебных установок для сканирования волновых полей

3.2.1. Интеллектуальная, временная и материальная доступность компьютерного сканера волновых полей. 3.2.2. Экспертная оценка возможности постановки учебных экспериментов по компьютерному сканированию волновых полей. 3.2.3. Проверка экспериментов с компьютерным сканером на соответствие традиционным дидактическим требованиям к учебному эксперименту. 3.2.4. Оценка учебности метода компьютерного сканирования волновых полей.

3.3. Проведение и итоги обучающего педагогического эксперимента

3.3.1. Апробация учебного эксперимента по компьютерному сканированию волновых полей. 3.3.2. Анализ результатов обучающего педагогического эксперимента.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Теория и методика использования метода сканирования в учебном физическом эксперименте"

В настоящее время система образования претерпевает существенные изменения [60, 61, 79,]. Возрастает роль информации в жизни общества, что приводит к повышению требований, предъявляемых к уровню образования [128]. Хорошее образование предполагает, что выпускник школы овладел методологией научного поиска [2, 14, 15, 44, 45, 59, 70, 127]. В федеральном компоненте государственного стандарта общего образования (обязательный минимум содержания основных общеобразовательных программ) [167] указывается, что изучение физики направлено на достижение следующих целей: овладение учащимися умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, устанавливать границы их применимости, анализировать результаты собственных действий и т. д. Физические знания нужны для общего образования. Усиливается их влияние на развитие учащихся и подготовку их к практической деятельности [26, 37, 46, 66, 67, 80, 103]. В связи с этим процесс модернизации структуры и содержания учебной физики нуждается в научном обеспечении. Значительный вклад в развитие основных направлений дидактики физики внесли А. И. Бугаев [33], B.C. Данюшенков [57], Ю.И.Дик [61], С. Е. Каменецкий [107], А. А. Пинский [133], И. Г. Пустильник [138], В.Г.Разумовский [139, 140], Ю. А. Сауров [146], А. В. Усова [ 108, 165, 166].

Физика является экспериментальной наукой, поэтому особое внимание при ее изучении необходимо уделять эксперименту [4, 10, 13, 72, 106, 125, 154, 175]. Такой подход в обучении соответствует специфике физики: исследователи наблюдают природные процессы непосредственно, либо производят эксперимент в искусственно созданных условиях. Развитию экспериментальных методов изучения физики, разработке и совершенствованию систем учебных опытов посвящены труды таких ученых, как Л.И.Анциферов [16-19], Б.С.Зворыкин [34, 35, 65], О. Ф. Кабардин [71], В.В.Майер [102], Н. Я. Молотков [109, 110], А.А.Покровский [34, 35], С. А. Хорошавин [178-182], Т.Н. Шамало [185-189], Н. М. Шахмаев [190, 191] и др. Работы этих исследователей дают возможность констатировать непрерывное совершенствование теории и методики учебного физического эксперимента.

Повышение эффективности обучения невозможно без применения новейших технических средств обучения [159]. В последнее время в учебном эксперименте наблюдается тенденция создания комплектов нового оборудования на базе компьютерной техники, позволяющих автоматизировать управление экспериментом, и методик применения этих комплектов при обучении физике [8, 9, 29, 43, 50-56, 85, 86]. Этому направлению развития учебного эксперимента посвящены pa-: боты Ю.А.Воронина [40, 41], В. А. Извозчикова [69], В.В.Лаптева [84] и др. Как правило, компьютерные измерения осуществляются с помощью датчиков физических величин. Перемещая датчик в пространстве, можно визуализировать распределение измеряемой физической величины с помощью показывающего устройства [36], функции которого может выполнять компьютер [8, 11].

В результате изучения физики у учащихся должны быть сформированы такие важные понятия, как физическая величина и физическое поле [167]. Изучение содержания современных учебных программ по физике [49, 73, 74, 136, 137] и школьных учебников [47, 48, 75, 115, 117-120, 131, 169-173] показывает, что значительная часть учебного материала отводится на изучение волновых полей (Приложение, табл. 1,2, 3).

В диссертационном исследовании Е. С. Агафоновой [ 1 ] показано, что из существующих методов визуализации волновых полей наибольшей универсальностью обладает метод сканирования. Поэтому совершенствование учебного физического эксперимента по волновой физике, позволяющего визуализировать физические закономерности посредством компьютерной техники, используя метод сканирования, является актуальным. К сожалению, в настоящее время учителя физики испытывают существенные трудности при постановке опытов с компьютером и применяют их чаще всего бессистемно и эпизодически.

Анализ новых государственных стандартов школьного образования [122], обязательного минимума содержания основных общеобразовательных программ [167], научно-методической литературы [126, 138-140, 160, 161, 165, 166], практики работы общеобразовательных и высших учебных заведений позволяет сделать вывод о наличии следующих противоречий: 1) между необходимостью введения в учебный процесс по физике нового учебного эксперимента со сканированием на базе современных компьютерных технологий и неподготовленностью школьного учителя физики к использованию этого эксперимента; 2) между возможностями автоматизации учебного физического эксперимента по волновой физике посредством использования компьютерного сканирования и недостаточной разработанностью теории и методики его применения в процессе обучения физике.

Актуальность данного исследования обусловлена требованиями Государственного стандарта образования по физике [ 122 ] по развитию интеллектуальных и творческих способностей учащихся при выполнении экспериментальных исследований с использованием информационных технологий; возрастанием роли компьютерных технологий при обучении и необходимостью совершенствования методов и средств обучения на основе этих технологий; необходимостью применения метода компьютерного сканирования в учебном физическом эксперименте, разработки теории и методики его применения; совершенствованием средств обучения, направленных на формирование у учащихся наглядных образов распределений амплитуды и интенсивности волны и знаний о современных научных методах исследования физических полей на примере изучения волновых полей методом компьютерного сканирования.

Объект исследования — учебный физический эксперимент в современной системе физического образования.

Предмет исследования — содержание и методы учебного физического эксперимента для изучения волновых полей в курсах физики общеобразовательной и высшей педагогической школы.

1) будущий учитель физики приобретет умения сборки компьютерного сканера, разработки программного обеспечения, выполнения количественных экспериментов по исследованию волновых полей и освоит учебную теорию, объясняющую результаты учебных опытов;

Основные задачи исследования состоят в следующем:

1. Изучить методологические основы учебного физического-эксперимента и определить основные тенденции его развития.

7. Провести педагогический эксперимент с целью обоснования справедливости гипотезы исследования.

В настоящей работе применялись следующие методы исследования. Теоретические: изучение и анализ научной, методической и специальной литературы по рассматриваемой проблеме; анализ обязательного минимума содержания физического образования, примерных программ курсов физики, требований к уровню подготовки выпускников школ; изучение и анализ практики работы общеобразовательных школ и педагогических вузов по исследуемой проблеме. Эмпирические: практическое моделирование процесса формирования наглядных образов распределений физических величин при изучении волновых полей в школе и педагогическом вузе; опытно-конструкторская работа по созданию новых учебных приборов и экспериментальных установок; педагогический эксперимент с учащимися школы, школьными учителями физики, студентами педагогического вуза, вузовскими преподавателями физических дисциплин (наблюдение, беседа, анкетирование, метод экспертных оценок экспериментальных установок и опытов); статистические методы обработки и качественный анализ результатов исследования.

Научная новизна исследования заключается в том, что теоретически и экспериментально обоснована необходимость и возможность совершенствования учебного физического эксперимента в общеобразовательной и высшей школе посредством использования метода компьютерного сканирования волновых полей, изучаемых в курсе физики.

Теоретическая значимость.

Практическая значимость.

1. Создан комплект приборов для компьютерного сканирования звуковых и электромагнитных полей сантиметрового диапазона'для проведения учебных опытов по распространению, отражению, интерференции и дифракции волн.

3. Предложены опыты, расширяющие содержание учебного физического эксперимента по волновой физике, разработана методика и техника их постановки.

4. Разработано открытое программное обеспечение компьютерного сканера на алгоритмическом языке, широко распространенном в системе образования.

Методология и теория исследования базируются на концепциях формирования физических понятий (А. В. Усова [ 165, 166], Т. Н. Шамало [188]), научного познания при обучении физике (В.Г.Разумовский [139], И. Г. Пустильник [138]), описания и проектирования практики обучения физике (Ю. А. Сауров [ 146]), учебной физики и научного познания в дидактике физики (В. В. Майер [ 93, 102 ]), формирования системы эмпирических знаний по физике (Р. В. Майер [105]).

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются соответствием полученных результатов теоретическим положениям дидактики физики и подтверждаются статистически значимыми результатами педагогического эксперимента. Результаты диссертационного исследования были представлены в докладах и материалах III, IX, X Всероссийских научно-практических конференций "Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения" (Глазов, 1998, 2004, 2005), научно-практической конференции "Практика обучения физике как творчество" (Киров, 1998), Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы прикладной физики и методики преподавания физики в вузе и школе" (Борисоглебск, 2005) и Международной научно-практической конференции "Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики" (Екатеринбург, 2005). Основные результаты исследования представлены в 12 публикациях автора.

Апробация, внедрение и обсуждение результатов исследования осуществлялись в общеобразовательных школах МОУ С ОПТ №8 и МОУ СОШ № 15 г. Глазова, на семинарах методического объединения учителей физики г. Глазова, на физическом факультете ГОУ ВПО "Глазовский государственный педагогический институт имени В.Г.Короленко" и в рамках X научно-практической конференции "Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения".

На защиту выносятся следующие положения:

3. Предлагаемые дидактические принципы позволяют на их основе создать программный продукт, обеспечивающий выполнение учебных экспериментов посредством компьютерного сканера.

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

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

Проведенный в процессе настоящего исследования педагогический эксперимент охватил 13 преподавателей физики, 26 учителей школ, 76 студентов и 183 школьника. В целом школьники и студенты выполнили и оформили 1962 учебных эксперимента по сканированию волновых полей. Это позволяет сделать следующие выводы.

1. Констатирующий педагогический эксперимент показал возможность и целесообразность применения метода компьютерного сканирования волновых полей полей в учебном эксперименте курсов физики средней общеобразовательной и высшей педагогической школ.

2. Поисковый педагогический эксперимент обеспечил создание учебной компьютерной установки для сканирования полей сантиметровых звуковых и электромагнитных волн; показал возможность изготовления нового учебного оборудования студентами под руководством преподавателя в условиях педагогического вуза; позволил выявить оптимальную систему опытов по сканированию волновых полей; дал возможность разработать методику использования метода сканирования для изучении волновых полей, включающую учебную теорию волновых полей и учебный эксперимент для их исследования.

3. Обучающий педагогический эксперимент позволил оценить влияние методики использования метода сканирования на уровень усвоения учащимися основных видов распределений физических величин при изучении интерференции и дифракции волн; установить доступность компьютерного сканера и его программного обеспечения для создания и использования в школе и вузе.

4. Контрольный педагогический эксперимент подтвердил результаты обучающего эксперимента по оценке влияния разработанной методики на уровень теоретического и экспериментального усвоения учащимися метода сканирования; показал положительную экспертную оценку предлагаемых экспериментов с компьютерным сканером на соответствие их дидактическим требованиям к учебному эксперименту по физике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения теоретико-экспериментального исследования были решены все поставленные задачи, достигнута цель, подтверждена гипотеза исследования.

Выполненное исследование позволяет сделать выводы:

1. Внедрение метода компьютерного сканирования в учебный физический эксперимент целесообразно проводить при изучении двух типов волновых полей: звуковых и электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Это способствует созданию условий надежности и точности учебных экспериментов со звуковыми и электромагнитными полями; улучшению наглядности физических закономерностей, свойственных волновым полям; получению количественной оценки характеристик волновых полей; формированию знаний учащихся о современных научных методах исследования физических полей с применением компьютерных технологий. Новый учебный эксперимент с компьютерным сканером соответствует требованиям современных стандартов и программ по физике, учитывает тенденции развития системы учебного оборудования. Знакомство учащихся с методом сканирования необходимо начинать при изучении звуковых полей. В экспериментальных исследованиях свойств звуковых и электромагнитных волновых полей методом компьютерного сканирования необходимо использовать одну и ту же серию опытов: 1) волновое поле уединенного источника; 2) интерференционное поле двух когерентных источников; 3) интерференционное поле стоячей волны; 4) дифракционное поле при прохождении волны через круглое отверстие; 5) дифракционное поле волны за непрозрачным диском. Таким образом, с помощью сканирования можно изучать различные волновые поля и продемонстрировать общность волновых явлений на одной экспериментальной установке.

2. Компьютерный сканер для учебных исследований состоит из источника волнового поля (возбудителя и собственно источника поля); датчика измеряемой физической величины, характеризующей поле в данной точке пространства (приемника); усилителя сигнала датчика; аналого-цифрового преобразователя; IBM-совместимого компьютера; программного обеспечения. Предлагаемая компьютерная экспериментальная установка, обеспечивающая учебный физический эксперимент по волновой физике, доступна для использования в школе и вузе, частично или полностью может быть изготовлена учащимися под руководством школьного учителя физики или студентами под руководством преподаваетля вуза. Опыты с ней соответствуют дидактическим требованиям к учебному физическому эксперименту, что подтверждает опрос независимых экспертов.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Данилов, Олег Евгеньевич, Глазов

1. Агафонова (Мамаева) Е. С. Формирование обощенных понятий волнового движения на основе учебного эксперимента: Дис. . канд. пед. наук.— М., 1994 — 254 с.

2. Адамов М.Ю. К проблеме обучения учащихся методологии научного эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск б.— Глазов-СПб: ГГ-ПИ, 1998.— С. 3-4.

3. Айден К., Фибельман X., Крамер М. Аппаратные средства PC.— СПб: BHV — Санкт-Петербург, 1997.— 544 с.

4. Акатов Р. В. Дидактическая модель учебного физического эксперимента / Р.В.Акатов, В. В. Майер // Модели и моделирование в методике обучения физике: Тезисы докладов республиканской научно-теоретической конференции.— Киров, 1997.— С. 22-24.

5. Акатов Р. В. Компьютерные измерения: Аналого-цифровой преобразователь // Учебная физика.— 1999.— №3.— С. 48-64.

6. Акатов Р. В. Компьютерные измерения: Одноканальный осциллограф // Учебная физика,— 1999.— №6.— С. 48-64.

7. Акатов Р. В. Компьютерные измерения: Цифроаналоговый преобразователь // Учебная физика.— 1999.— № 2.— С. 49-63.

8. Акатов Р. В. Компьютерная установка для сканирования волнового поля / Р.В.Акатов, О.Е.Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 6.— Глазов-СПб: ГГПИ, 1998,— С. 71-78.

9. Акатов Р. В. Прибор для сканирования оптических интерференционных и дифракционных картин // Проблемы учебного физического эксперимента. Сборник научных трудов. Выпуск 18.— М.: ИОСО РАО, 2003,— С. 26-27.

10. Акатов Р. В. Формирование наглядно-чувственных образов при постановке сложного учебного физического эксперимента: Дис. канд. пед. наук.— Екатеринбург, 1998.— 277 с.

11. Акатов Р. В. Электретный микрофон в учебном эксперименте по акустике // Проблемы учебного физического эксперимента. Сборник научных трудов. Выпуск 11 — М.: ИОСО РАО, 2001,— С. 3436.

12. Аквилева О. В. Многоплановость функций демонстрационного эксперимента в школьном курсе физики // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 19.— М.: ИСМО, 2004,— С. 4-6.

13. Альтшулер Ю. Б. Влияние учебного исследовательского эксперимента по электродинамике на формирование методологических знаний учащихся // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 10.— Глазов-СПб: ГГПИ, 2000.— С. 4-5.

14. Альтшулер Ю.Б. Формирование методологических знаний учащихся при проведении школьного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 8,— Глазов-СПб: ГГПИ, 1999.— С. 3-4.

15. Анциферов Л. И. Датчики измерения кинематических величин // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 1.— Глазов: ГГПИ, 1995.— С. 104107.

16. Анциферов JI. И. Комплектование приборов к работам физического практикума // Физика в школе.— 1983.— №6.— С. 59-61.

17. Анциферов JI. И., Пищиков И. М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов физ.-мат. спец.— М.: Просвещение, 1984.— 255 с.

18. Анциферов Л. И. Проблемы школьного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 1.— Глазов: ГГПИ, 1995.— С. 4-7.

19. Архангельский М. М. Курс физики. Механика. Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов.— Изд. 3-е, перераб.— М.: Просвещение, 1975.— 424 с.

20. Аткинсон Р. Человеческая память и процесс обучения / Пер. с англ. под ред. Ю. М. Забродина, Б. Ф. Ломова.— М.: Прогресс, 1980.— 528 с.

21. Бабанский Ю. К. Проблемы повышения эффективности педагогических исследований.— М.: Педагогика, 1982.— 192 с.

22. Бабанский Ю.К. Об оптимальности педагогического эксперимента / Ю. К. Бабанский, В. Д. Харьковская // Методы научно-педагогического исследования. Сборник статей.— Ростов-на-Дону, 1972,— С. 3-10.

23. Баженов JI. Б. Строение и функции естественнонаучной теории.— М.: Наука, 1978,— 230 с.

24. Бейбер P.JI. Программное обеспечение без ошибок.— М.: Джон Уайли энд Санз, Радио и связь, 1996.— 176 с.

25. Бершадский М. Е. Повышение роли физического эксперимента в учебном процессе // Физика в школе.— 1987.— №6.— С. 41-43.

26. Беспалько В. П. Основы теории педагогических систем: Проблемы и методы психолого-педагогического обеспечения технических обучающих систем.— Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1977.— 304 с.

27. Беспалько В. П. Слагаемые педагогической технологии.— М.: Педагогика, 1989.— 192 с.

28. Бовин И. Т. Компьютер — основа учебной экспериментальной установки по физике / И. Т. Бовин, Ю. Е. Сахаров // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 12,— М.: ИОСО РАО, 2001.— С. 52-53.

29. Большая Советская Энциклопедия. В 30 т. Т. 7. Гоголь-Дебит / Гл. ред. А.М.Прохорова.— Изд. 3-е.— М.: Советская энциклопедия, 1976.— 640 с.

30. Большая Советская Энциклопедия. В 30 т. Т. 23. Сафлор-Соан / Гл. ред. А.М.Прохорова.— Изд. 3-е.— М.: Советская энциклопедия, 1976.— 640 с.

31. Брюханов А. В., Пустовалов Г.Е., Рыдник В. И. Толковый физический словарь. Основные термины: около 3600 терминов.— М.: Рус. яз., 1987.— 232 с.

32. Бугаев А. И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы.— М.: Просвещение, 1981.— 288 с.

33. Буров В. А., Зворыкин B.C., Кузьмин А. П. и др. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы: Т. 2. Электричество. Оптика. Физика атома. Пособие для учителей / Под ред. А.А.Покровского.— М.: Просвещение, 1972.— 448 с.

34. Буров В. А., Зворыкин B.C., Покровский А. А., Румянцев И. М. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы: Ч. 1. Механика, теплота. Пособие для учителя / Под ред. А.А.Покровского.— М.: Просвещение, 1967.— 366 с.

35. Бурсиан Э.В. Физические приборы: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов.— М.: Просвещение, 1984.— 271 с.

36. Быков А. А. Проблемы и основные направления развития физического эксперимента при углубленном обучении физике в средней школе // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 2.— Глазов: ГГПИ, 1996.— С. 5.

37. Быков В. В. Научный эксперимент.— М.: Наука, 1989.— 176 с.

38. Вентцель Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель.— М.: Издательский центр "Академия", 2003.— 576 с.

39. Воронин Ю. А. Перспективные средства обучения: Монография.— Воронеж: Воронежский государственный университет, 2000.— 124 с.

40. Воронин Ю.А., Чудинский P.M. Моделирование в технологическом образовании: Монография.— Воронеж: Воронежский государственный педагогический университет, 2001.— 226 с.

41. Гласс Дж., Стэнли Дж. Статистические методы в педагогике и психологии.— М.: Прогресс, 1976.— 495 с.

42. Говорков А. В. Использование автоматизированных компьютерных комплексов для повышения эффективности учебного физического эксперимента по механике: Дис. . канд. пед. наук.— Курган, 2004.— 152 с.

43. Голин Г. М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы.— М.: Просвещение, 1987.— 127 с.

44. Голин Г. М. Образовательные и воспитательные функции методологии научного познания в школьном курсе физики: Учебное пособие — М.: МОПИ им. Н. К. Крупской, 1986 — 126 с.

45. Голин Г. М. Формирование у учащихся знаний о научном эксперименте // Физика в школе.— 1984.— № 5.— С. 27-34.

46. Громов С. В. Физика: Механика. Теория относительности. Электродинамика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений / С. В. Громов; Под ред. Н. В. Шароновой.— 3-е изд.— М.: Просвещение, 2002.— 383 с.

47. Громов С. В. Физика: Оптика. Тепловые явления. Строение и свойства вещества: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / С. В. Громов; Под ред. Н. В. Шаронова.— 4-е изд.— М.: Просвещение, 2003,— 287 с.

48. Гутник Е. М., Шаронина Е. В., Доронина Э. И. Физика. 9 кл.: Тематическое и поурочное планирование к учебнику А. В. Перышки-на, Е. М. Гутник "Физика. 9 класс".— 2-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2001.— 96 с.

49. Данилов О.Е. Исследование дифракции звука на круглом отверстии методом компьютерного сканирования / О.Е. Данилов,

50. B. В. Майер // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики: Материалы Международной научно-практической конференции, Екатеринбург, 12-13 апреля 2005 г.: В 2 ч. Ч. 2.— Екатеринбург: Уральский гос. пед. ун-т, 2005.—1. C. 49-51.

51. Данилов О. Е. Компьютерное моделирование полей точечных зарядов / О.Е.Данилов, А.В.Ушаков // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и методических работ. Выпуск 4 .— Глазов: ГГПИ, 1998.— С. 65-69.

52. Данилов О.Е. Экспериментальное изучение полей физических величин // Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения: Программа и материалы девятой Всероссийской научно-практической конференции.— Глазов: ГГПИ, 2004.— С. 5.

53. Данюшенков В. С. Теория и методика формирования познавательной активности школьников в процессе обучения физике: Дис. . докт. пед. наук: 13.00.01.— М., 1995,— 416 с.

54. Джордейн Р. Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC, XT и AT.— М.: Финансы и статистика, 1992.— 544 с.

55. Дидактика средней школы: Некоторые проблемы современной дидактики / Под ред. М. Н. Скаткина.— М.: Просвещение, 1982.— 319 с.

56. Дик Ю. И. Каким быть школьному физическому образованию? / Ю. И. Дик, В. А. Орлов, JI. В. Тарасов // Физика в школе.— 1990.— №3.— С. 18-21.

57. Дик Ю. И. Проблемы и основные направления развития школьного физического образования в Российской Федерации: Дис. . докт. пед. наук в форме науч. докл.: 13.00.02.— М., 1996.— 59 с.

58. Елсуков А. Н. Эмпирическое познание и факты науки.— Минск: Высшая школа, 1981.— 88 с.

59. Жеребцов И. П. Основы электроники.— Л.: Энергоатомиздат, 1985. — 352 с.

60. Жук Л. А. Как увидеть звук // Учебная физика.— 1997.— № 3.— С. 15-18.

61. Зворыкин Б. С. Система учебного эксперимента по физике и учебное оборудование // Физика в школе.— 1969.— № 3.— С. 4.

62. Зуев П. В. Пути повышения эффективности школьного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 7.— Глазов-СПб: ГГПИ, 1998.— С. 8-10.

63. Зуев П. В. Целостная система школьного физического эксперимента как универсальное и эффективное средство обучения физике // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 9,— Глазов-СПб: ГГПИ, 1999,— С. 12-13.

64. Иванов Ю.В. Учебные исследования капель жидкости в системе обучения физике: Дис. . .канд. пед. наук.— Киров, 2001.— 232 с.

65. Извозчиков В. А., Ревунов А. Д. Электронно-вычислительная техника на уроках физики в средней школе.— М.: Просвещение, 1988,— 238 с.

66. Извозчиков В. А. Современные проблемы методологии и теории обучения физике // Методологические вопросы формирования мировоззрения и стиля мышления учащихся при обучении физике: Межвузовский сб. науч. трудов.— Л., 1986.— С. 6-25.

67. Кабардин О.Ф. Методические основы физического эксперимента в средней школе: Дис. . докт. пед. наук в форме науч. докл.: 13.00.02,— М., 1985.— 44 с.

68. Кабардин О.Ф. Методические основы физического эксперимента // Физика в школе.— 1985,— №2.— С. 69-73.

69. Касьянов В. А. Физика. 10 кл.: Тематическое и поурочное планирование.— 3-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2003.— 128 с.

70. Касьянов В. А. Физика. 11 кл.: Тематическое и поурочное планирование.— М.: Дрофа, 2002.— 96 с.

71. Касьянов В. А. Физика. 11 кл.: Учебн. для общеобразоват. учреждений.— 4-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2004.— 416 с.

72. Кожекина Т. В. Резервы совершенствования обучения физике / Т. В. Кожекина, В. Н. Наровский // Физика в школе.— 1988.— №2,— С. 34-36.

73. Колупаев В. Ф. Совершенствование учебного эксперимента по упругим волнам в общем курсе физики пединститута: Дис. . канд. пед. наук.— Глазов, 1988.— 256 с.

74. Кондратьев А. С., Петров В. Г., Уздин В.М. Методология физической теории в школьном курсе физики.— Инта, 1994.— 102 с.

75. Концепция школьного физического образования в России // Физика в школе.— 1993.— № 2,— С. 4-10.

76. Кощеева Е. С. Развитие исследовательских умений учащихся на основе использования схемотехнического моделирования в процессе обучения физике: Автореф. дис. . канд. пед. наук.— Екатеринбург, 2003,— 22 с.

77. Кузнецов И. В. Структура физической теории // Вопросы философии.— 1967,— № 11.— С. 86-98.

78. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учеб. пособие. В 10 т. Т. 2. Теория поля.— 7-е изд., испр.— М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.— 512 с.

79. Ландсберг Г. С. Общий курс физики. Оптика.— Изд. 5-е, перераб. и доп.— М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976.— 928 с.

80. Лаптев В. В. Теоретические основы методики использования современной электронной техники в обучении физике в школе: Дис. . докт. пед. наук: 13.00.02,— Л., 1989.— 399 с.

81. Левченко Е. Ю. Опыты по теплопроводности с использованием компьютера / Е. Ю. Левченко, С. В. Бородин // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 8,— Глазов-СПб: ГГПИ, 1999,— С. 83.

82. Левченко Е. Ю. Учебный измерительный комплекс на базе персонального компьютера // Учебная физика.— 2002.— № 1.— С. 5157.

83. Лернер И. Я. Дидактические основы методов обучения.— М.: Педагогика, 1981.— 186 с.

84. Линник М. И. Демонстрация принципа работы цифрового измерительного прибора // Физика в школе.— 1992.— № 5-6.— С. 45-46.

85. Логинов В. Н. Электрические измерения механических величин.— М.: Энергия, 1970,— 80 с.

86. Майер В. В. Демонстрация волновых поверхностей звукового поля / В. В. Майер, Е. С. Мамаева // Физика в школе,— 1982,— № 3,— С. 48-49.

87. Майер В. В. Дидактическая модель формирования понятия метода сканирования полей физических величин / В. В. Майер, О.Е.Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 22,— М.: ИСМО РАО, 2005,— С. 46-48.

88. Майер В. В. Дидактические принципы использования метода сканирования в учебном процессе / В. В. Майер, О. Е. Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 21,— М.: ИСМО РАО, 2005,— С. 49-50.

89. Майер В. В. Дидактическая физика как один из компонентов физической науки // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 6.— Глазов, 1998.— С. 76-99.

90. Майер В. В. К изучению распределений физических величин / В. В. Майер, О. Е. Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 19.— М.: ИСМО РАО, 2004,—С. 23-26.

91. Майер В. В. Концепция метода сканирования в учебном физическом эксперименте / В. В. Майер, О. Е. Данилов // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 21,— М.: ИСМО РАО, 2005,— С. 51-54.

92. Майер В. В. Оценка учебности элемента учебной физики // Учебная физика.— 2002.— №3.— С. 39-55.

93. Майер В. В., Майер Р. В. Система учебных экспериментальных доказательств в электродинамике: Монография.— Глазов, 2003.— 244 с.

94. Майер В. В. Сканирующий индикатор для демонстрации сантиметровых звуковых и электромагнитных волн // Успехи физических наук,— 1974,— Т. 114,— Вып. 1.— С. 151-152.

95. Майер В. В. Сканирующий индикатор для фотографирования волновых полей / В. В. Майер, Е. С. Мамаева // Физика в школе.— 1976,— №4,— С. 70-78.

96. Майер В. В. Физические особенности учебного акустического эксперимента / В. В. Майер, Е. С. Мамаева, Р. В. Майер // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 2,— Глазов: ГГПИ, 1996.— С. 13-21.

97. Майер В. В. Формирование основных понятий акустики при использовании лупы времени / В. В. Майер, Е. С. Мамаева // Физика в школе,— 1994,— № 3.— С. 41-51.

98. Майер В. В. Элементы учебной физики как основа организации процесса научного познания в современной системе физического образования: Дис. . докт. пед. наук.— Глазов, 2000.— 345 с.

99. Майер Р. В. Исследование процесса формирования эмпирических знаний по физике: Учеб. пособие.— Глазов, ГГПИ, 1998.— 132 с.

100. Майер Р. В. Методика учебного фундаментального эксперимента по волновой физике: Дис. . .канд. пед. наук.— М., 1995.— 258 с.

101. Майер Р. В. Проблема формирования системы эмпирических знаний по физике: Дис. . .докт. пед. наук.— М., 1998.— 345 с.

102. Мамаева Е. С. Учебный физический эксперимент в формировании физических понятий // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 1.— Глазов: ГГПИ, 1995.— С. 27-28.

103. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. 4.1. / В. П. Орехов, А.В.Усова, И. К. Турышев и др.; Под ред. В. П. Орехова и А. В.Усовой.— М.: Просвещение, 1980.— 320 с.

104. Молотков Н.Я. Педагогические основы создания демонстрационного физического эксперимента при изучении колебательных и волновых процессов: Дис. .докт. пед. наук: 13.00.02.— Хмельницкий, 1990.— 419 с.

105. Молотков Н.Я. Сканирование волновых фронтов в оптическом диапазоне / Н. Я. Молотков, И. С. Клейман // Физика в школе.— 1985,—№2,—С. 81-84.

106. Москвин О. В. К изучению физических величин // Физика в школе.— 1986,— № 1 — С. 33-35.

107. Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики.— М.: Просвещение, 1989.— 192 с.

108. Мултановский В. В. Проблема теоретических обобщений в курсе физики средней школы: Автореф. дис. .докт. пед. наук.— М., 1979.— 44 с.

109. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика: Учеб. для 11 кл. сред, шк.— М.: Просвещение, 1991.— 254 с.

110. Мякишев Г. Я. Основные особенности физического метода исследования // Физика в школе.— 1985.— № 6.— С. 15-19.

111. Мякишев Г. Я., Синяков А. 3. Физика: Оптика. Квантовая физика. 11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики.— М.: Дрофа, 2001.— 464 с.

112. Мякишев Г. Я. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / Г. Я. Мякишев, А. 3. Синяков.— 5-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2002.— 352 с.

113. Мякишев Г. Я. Физика: Оптика. Учеб. для 11 кл. общеобразо-ват. учреждений / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев.— 11-е изд.— М.: Просвещение, 2003.— 336 с.

114. Мякишев Г. Я. Физика: Электродинамика. 10-11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / Г. Я. Мякишев, А. 3. Синяков, Б. А. Слободков.— 4-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2002.— 480 с.193

115. Новиков Ю.В., Калашников О. А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC.— М.: ЭКОМ., 1997,— 224 с.

116. Новые государственные стандарты школьного образования.— М.: ООО " Издательство Астрель": ООО " Издательство ACT", 2004,— 446 с.

117. Нурминский И. И., Гладышева Н. К. Статистические закономерности формирования знаний и умений учащихся.— М.: Педагогика, 1991,— 224 с.

118. Общая психология / Под ред. проф. А.В.Петровского.— М.: Просвещение, 1976.— 480 с.

119. Объедков Е. С., Нурминский А. И. Система ученического эксперимента при изучении электромагнитных явлений // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 7,— Глазов-СПб: ГГПИ, 1998,— С. 64-67.

120. Основы методики преподавания физики в средней школе / В. Г. Разумовский, А.И.Бугаев, Ю.И.Дик и др.; Под ред. А. В.Перыш-кина, В.Г.Разумовского, В. А. Фабриканта.— М.: Просвещение,1984,— 398 с.

121. Оспенникова Е. В. Место эксперимента в системе научного познания // Учебная физика,— 2002,— №2.— С. 31-41.

122. Оценка качества подготовки выпускников средней (полной) школы по физике / Сост. В.А.Коровин, В.А.Орлов.— М.: Дрофа, 2001,— 192 с.

123. Песоцкий Ю. С. Учебное оборудование для оснащения школьных кабинетов физики // Учебная физика.— 2003.— №3.— С. 66-74.

124. Песоцкий Ю. С. Учебное оборудование по физике для общеобразовательных учреждений Российской Федерации: Новые разработки // Учебная физика,— 2001.— №5,— С. 54-56.

125. Перышкин А. В. Физика. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений / А. В. Перышкин, Е. М. Гутник.— 7-е изд., испр.— М.: Дрофа, 2003.— 256 с.

126. Пинский А. А. Методика как наука // Сов. педагогика.— 1978.— №12,—С. 115-120.

127. Пинский А. А. Учебный эксперимент при изучении основных физических теорий / А. А. Пинский, В. Н. Юшин // Физика в школе.—1985,— №5.— С. 30-33.

128. Поташник М. М. Педагогическое творчество: проблемы развития и опыт: Пособие для учителя.— К.: Рад. шк., 1988.— 187 с.

129. Проблемы педагогических измерений: Сб. ст. / Отв. ред. В. И. Левин,— М., 1984,— 124 с.

130. Программы для общеобразоват. учреждений: Физика. Астрономия. 7-11 кл. / Сост. Ю.И.Дик, В.А.Коровин.— 3-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2002.— 256 с.

131. Программно-методические материалы. Физика. 7-11 кл. / Сост. В. А. Коровин.— М.: Дрофа, 2001,— 160 с.

132. Пустильник И. F. Теоретические основы формирования научных понятий у учащихся: Дис. .докт. пед. наук.— Екатеринбург,1997,— 58 с.

133. Разумовский В. Г. Физика в школе. Научный метод познания и обучения / В. Г. Разумовский, В. В. Майер.— М.: Гуманитар, изд. центр ВЛАДОС, 2004.— 463 с.

134. Разумовский В. Г. Методология совершенствования преподавания физики // Физика в школе.— 1983.— №3.— С. 10-17.

135. Рубинштейн С. Л. Основы общей психологии. В 2 т. Т. 2.— М.: Педагогика, 1989.— 324 с.

136. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Молекулярная физика: Учебное пособие.— 2-е изд., перераб.— М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982.— 432 с.

137. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие.— 2-е изд., перераб.— М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982.— 496 с.

138. Сауров Ю. А. О некоторых методологических вопросах школьного учебного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 2,— Глазов: ГГПИ, 1997,— С. 29-30.

139. Сауров Ю.А. О построении теории учебного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных и методических работ. Выпуск 5.— Глазов: ГГПИ,1998,— С. 21-23.

140. Сауров Ю. А. Основы методологии методики обучения физике: Монография.— Киров: Изд-во Кировского ИУУ, 2003.— 198 с.

141. Сергиевский М. В., Шалашов А. В. Турбо Паскаль 7.0: Язык, среда программирования.— М.: Машиностроение, 1994.— 254 с.

142. Сивухин Д. В. Оптика: Учеб. пособие.— 2-е изд., испр.— М.: Наука, 1985.— 752 с.

143. Синенко В. Я. Структура методики и техники школьного физического эксперимента // Физика в школе.— 1989.— №2.— С. 77-79.

144. Ситаров В. А. Дидактика: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / Под ред. В. А. Сластенина.— М.: Издательский центр "Академия", 2002.— 368 с.

145. Скаткин М. Н. Методология и методика педагогических исследований.— М.: Педагогика, 1986.— 152 с.

146. Словарь иностранных слов / Под ред. А. Г. Спиркина, И. А. Акчу-рина, Р. С. Карпинского.— 7-е изд., перераб.— М.: Сирин, 1996.— 608 с.

147. Смирнов А. А. Проблемы психологии памяти.— М.: Просвещение, 1966,— 422 с.

148. Спасский Б. И. Вопросы методологии и историзма в курсе физики средней школы. Пособие для учителей.— М.: Просвещение, 1975,— 95 с.

149. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники.— М.: Советское радио, 1980.— 424 с.

150. Степин В. С. Деятельностная концепция знания // Вопросы философии,— 1991.— №8,— С. 129-138.

151. Степин В. С., Елсуков А. Н. Методы научного познания.— Минск: Высшая школа, 1974.— 152 с.

152. Талызина Н.Ф., Габай Т.В. Пути и возможности автоматизации учебного процесса.— М.: Знание, 1977.— 64 с.

153. Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / С. Е. Каменецкий, Н. С. Пурышева, Т. И. Носова и др.; Под ред. С. Е. Каменецкого.— М.: Издательский дом "Академия", 2000.— 384 с.

154. Токхейм Р. Основы цифровой электроники.— М.: Мир, 1988.— 392 с.

155. Триполитов С. В., Ермилов А. В. Микросхемы, диоды, транзисторы: Справочник.— М.: Машиностроение, 1994.— 382 с.

156. Турбо Паскаль 7.0.— Киев: Торгово-издательское бюро BHV,1995,— 448 с.

157. Усова А. В. Психолого-дидактические основы формирования у учащихся научных понятий: Учеб. пособие.— Челябинск: ЧГПИ, 1979,— 86 с.

158. Усова А. В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения.— М.: Педагогика, 1986.— 176 с.— (Труды д. чл. и чл.—кор. АПН СССР).

159. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования // Физика в школе.— 2004.— №4,— С. 22-33.

160. Федорков Б. Г., Телец В. А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.— М.: Энергоатомиздат, 1990.— 318 с.

161. Физика и астрономия: Проб. учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений / А. А. Пинский, В. Г. Разумовский, А. И. Бугаев и др.; Под ред. А. А. Пинского, В. Г. Разумовского.— М.: Просвещение,1996,— 303 с.

162. Физика и астрономия: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений / А. А. Пинский, В.Г.Разумовский, А.И.Бугаев и др.; Под ред. А. А. Пинского, В. Г. Разумовского.— 2-е изд.— М.: Просвещение, 2000.— 303 с.

163. Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М.Балашов, А. И. Гомонова, А. Б.Долицкий и др.; Под ред. Г. Я. Мякишева.— 6-е изд., стереотип.— М.: Дрофа, 2004.— 406 с.

164. Физика: Учеб. для 10 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / О. Ф. Кабардин, В.А.Орлов, Э.Е. Эвенчик и др.; Под ред. А. А. Пинского.— 7-е изд.— М.: Просвещение, 2002.— 415 с.

165. Физика: Учеб. для 11 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / А.Т.Глазунов, О. Ф. Кабардин, А. Н. М а линии и др.; Под ред. А. А. Пинского.— 8-е изд.— М.: Просвещение, 2003.— 432 с.

166. Физика: Энциклопедия / Под ред. Ю.В.Прохорова.— М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.— 944 с.

167. Физический эксперимент в школе. Пособие для учителей / Сост. А.Ф.Раева — М.: Просвещение, 1973.— 239 с.

168. Хершель Р. Турбо Паскаль.— Вологда: МП "МИК", 1991.— 342 с.

169. Хоган Т. Аппаратные и программные средства персональных компьютеров: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2.— М.: Радио и связь, 1995.— 376 с.

170. Хорошавин С. А. Демонстрационный эксперимент по физике в школах и классах с углубленным изучением предмета: Механика. Молекулярная физика: Кн. для учителя.— М.: Просвещение, 1994.— 368 с.

171. Хорошавин С. А. Техника и технология демонстрационного эксперимента.— М.: Просвещение, 1978.— 174 с.

172. Хорошавин С. А. Демонстрационный эксперимент как источник знаний учащихся // Физика в школе.— 1984.— №6.— С. 56-57.

173. Хорошавин С. А. О конструировании демонстрационных приборов // Физика в школе.— 1988.— №2,— С. 80-81.

174. Хорошавин С. А. Физический эксперимент в средней школе.— М.: Просвещение, 1988.— 175 с.

175. Черемошкина JI. В. Психология памяти: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений.— М.: Издательский центр "Академия", 2002,— 368 с.

176. Черепанов B.C. Экспертные оценки в педагогических исследованиях,— М.: Педагогика, 1989.— 152 с.

177. Шамало Т. Н. Направления в развитии современного школьного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента:" Сборник научно-методических работ. Выпуск 1.— Глазов: ГГПИ, 1995,— С. 36-38.

178. Шамало Т. Н. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении.— Свердловск, 1990.— 97 с.

179. Шамало Т. Н. Усиление наглядности при комплексном использовании компьютерных моделей и учебного физического эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научных трудов. Выпуск 8,— Глазов-СПб: ГГПИ, 1999,— С. 34-35.

180. Шамало Т. Н. Учебный эксперимент в процессе формирования физических понятий: Кн. для учителя.— М.: Просвещение, 1986.— 96 с.

181. Шамало Т.Н. Физический эксперимент как средство активизации творческой деятельности учащихся // Проблемы учебного физического эксперимента: Сборник научно-методических работ. Выпуск 2,— Глазов: ГГПИ, 1996,— С. 20-21.

182. Шахмаев Н. М. Содержание, роль и место эксперимента в преподавании физики // Физика в школе.— 1969.— №6.— С. 53-57.

183. Шахмаев Н. М., Шилов В.Ф. Физический эксперимент в средней школе: Механика. Молекулярная физика. Электродинамика.— М.: Просвещение, 1989 — 255 с.

184. Швырев B.C. Теоретическое и эмпирическое в научном познании.— М.: Наука, 1978.— 382 с.

185. Шикин Е. В., Чхартишвили А. Г. Математические методы и модели в управлении: Учеб. пособие.— М.: Дело, 2002.— 440 с.

186. Шилов В. Ф. Комплект приборов для демонстрации свойств электромагнитных волн // Учебная физика.— 2002.— № 3.— С. 56-62.

187. Школьникам о современной физике. Физика сложных систем / Под ред. В.З.Кресина.— М.: Просвещение, 1978.— 192 с.

188. Gabrielson Thomas В. Demonstration of normal modes in a waveguide // Am. J. Phys.— 1987,— Vol. 55, № 7.— Pp. 662-664.

189. Halse M. R., Hudson W.J. A simple x-y scanner // Phys. Educ.— 1986,— Vol. 21, № 2,— Pp. 91-94.

190. McDoom I. A. Simple apparatus for demonstrating the propagation of a transverse wave // Phys. Teach — 1985,— Vol. 23, №3.— P. 182.

191. Ouseph P.J. Standing longitudinal waves // Am. J. Phys.— 1987.— Vol. 55, №7,— Pp. 666-667.

192. Stephens P.W.B., Bate A. E. Wave Motion and Sound / Edward Arnold & Co.— London, 1950,— 449 p.