автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Вычислительная физика в системе фундаментальной подготовки учителя физики

Автореферат диссертации по теме "Вычислительная физика в системе фундаментальной подготовки учителя физики"

На правах рукописи УДК 372.853

Попов Семен Евгеньевич

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА В СИСТЕМЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ ФИЗИКИ

Специальность: 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровни общего и профессионального образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена

Научный консультант: академик РАО,

доктор физико-математических наук, профессор КОНДРАТЬЕВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

КОМАРОВ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ доктор педагогических наук, профессор ГОРБУНОВА ИРИНА БОРИСОВНА доктор педагогических наук, профессор ПОЗДНЯКОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

Ведущая организация: Уральский государственный

педагогический университет

Защита состоится « ^ » 2006 г. в часов на заседании дис-

сертационного совета Д 212.199.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Российском государственном педагогическом университете им. А. И. Герцена по адресу 191186, Санкт-Петербург, н. р. Мойки, 48, корп. 3, ауд. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке РГПУ им. А. И. Герцена.

Автореферат разослан 'А*^*?^ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук ______Н. И. Анисимова

ЯооВЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В современных условиях в связи с широким распространением персональных компьютеров, разработкой объектно-ориентированного программного обеспечения математическое моделирование и вычислительный эксперимент превратились в универсальную системную методологию познания, в основной метод быстрого и эффективного научного исследования во всех областях человеческой деятельности. Данный подход широко внедряется не только при решении проблем в таких науках как физика, химия или биология, но и в таких как педагогика, психология, история и других. Именно поэтому овладение соответствующей методологией следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного образования, жизненно важного умения, как базу для самоопределения и самореализации личности в современном обществе.

Последнее обстоятельство особенно актуально при проектировании педагогического процесса в области фундаментальной подготовки студентов физических специальностей. Разработка методологии физического познания на основе математического моделирования с последующим изучением модели в вычислительном эксперименте привела к формированию третьего фундаментального раздела в физике - вычислительной физике (наряду с экспериментальной и теоретической). В настоящее время можно с уверенностью констатировать -объект в физических исследованиях остался тем же, а предмет изучения с внедрением вычислительной техники - изменился. Концепция новой дисциплины не инструментальная, а идеологическая (методологическая). Вычислительная физика представляет собой самостоятельную научную (и учебную) дисциплину со своим предметом изучения, решаемыми задачами, методологией постановки и проведения исследований.

Основные тенденции развития теории и методики обучения физике связаны с внутренней логикой развития физики как науки, расширением и углублением ее знаниевого потенциала, совершенствованием методологии проведения исследований. Генеральные направления развития физики представляют собой изучение нелинейных явлений природы, исследование совместного поведения систем многих частиц (тел), поиски универсальной картины взаимодействий.

Согласно современной концепции образования, необходим переход от устаревшего «справочного» знания к образованию, являющемуся «учебной моделью науки», ориентированному на самостоятельную исследовательскую деятельность студентов и отражающему динамику научно-технического прогресса. В этом смысле «вычислительную физику» следует рассматривать не как частный технократический прием, а как один из основных инструментов современных физических исследований, как обязательный элемент системы фундаментальной подготовки учителя физики.

С внедрением персонального компьютера в систему образования связывают возможность повышения научного уровня курсов физики и усиление методологического компонента в обучении. ИопфщшаШге электронно-вычисли-

ВИБЛИОГЕКА

С-Петерву

08

тельной техники в учебном процессе позволяет по-новому проводить отбор изучаемого материала на всех уровнях обучения, исходя исключительно из соображений научной и профессиональной целесообразности, а не доступности соответствующих математических средств, позволяет добиваться более глубокого понимания физики, ее общих методологических принципов.

Физика - единственная наука, в которой создана система моделей (именно система - объектов, взаимодействий, процессов, явлений), чего пока нет в других науках. Поэтому вопросы обучения методам построения и исследования моделей реальных явлений и оценки условий их справедливости, с одной стороны, а также вопросы развития научного мышления и физического понимания обучаемых в процессе этой деятельности, с другой, являются объектом пристального внимания и изучения в современной теории обучения физике, но на сегодняшний день не решены.

Важно отметить, что современная концепция профильного обучения в системе среднего образования предполагает развитие специализаций на базе основных профилей вариативной школы, что, в свою очередь, приводит к необходимости расширения объема знаний и методологической оснащенности будущего учителя. Овладение навыками использования новых информационных (компьютерных, вычислительных) технологий (НИТ) неразрывно связано с понятием «профессиональная компетентность учителя физики» и является одним из кардинальных путей решения проблемы повышения эффективности подготовки будущего учителя, привития ему элементов «нелинейной культуры», более успешной социальной и профессиональной адаптации.

Вместе с тем, анализ обширной научной и учебно-методической литературы по использованию вычислительной техники в учебном процессе, анализ учебных планов и организации образовательного процесса в области фундаментальной подготовки студентов физических специальностей педвузов, материалы Государственного образовательного стандарта, позволяют выявить явное противоречие между тем значением, которое имеет методология вычислительной физики в науке и дидактике физики, и неразработанностью теоретической концепции вычислительной физики как учебной дисциплины, отсутствием обоснованной методической системы подготовки будущих учителей в данной области знаний. Решение этой проблемы составляет основное содержание работы. Все вышеизложенное указывает на актуальность проведенного исследования.

Объект исследования: педагогический процесс в области фундаментальной подготовки будущего учителя физики в условиях педвузов.

Предмет исследования: система знаний и методика обучения современной методологии познания, основанной на математическом моделировании физических объектов, процессов и систем и вычислительном эксперименте.

На основе поставленной проблемы, выделенных объекте и предмете исследования можно сформулировать цель исследования - разработать и теоретически обосновать модель методической системы учебной дисциплины «Вычислительная физика» и на ее основе построить конкретную методику обучения.

В основу исследования была положена гипотеза (концепция), представленная системой ведущих идей (концептуальных положений): уровень фундаментальной подготовки учителя физики будет в большей степени соответствовать современным требованиям, если:

- Считать, что становление, развитие и интенсивное расширение областей применения методологии вычислительной физики приводят к необходимости включения учебной дисциплины «вычислительная физика» в систему базовой подготовки учителя, обеспечивая диалектическое единство в обучении основополагающим методам физического познания. Данный аспект проблемы следует рассматривать не в узкопредметном плане, а в широком контексте модернизации общего и высшего профессионального физического образования.

- Проектирование и конструирование теоретической модели методической системы подготовки будущего учителя физики в области математического моделирования физических объектов и процессов и вычислительного эксперимента проводить с учетом базовых дидактических требований, предъявляемых к отбору содержания, методам, формам и средствам обучения, и направления на формирование у студентов потребностей и умений использовать полученные знания как методологическое, теоретическое и технологическое средство в познавательной и профессиональной деятельности, то есть рассматривать построение методической системы как научно-методическую проблему.

- Разработку содержания образования и построение процесса обучения осуществлять с учетом основных положений базовых психолого-педагошчес-ких концепций развивающего образования.

- Реализацию содержания образования в области вычислительной физики в педагогическую практику строить на основе технологического подхода и метода исследовательских проектов.

Эти концептуальные положения отражают по существу различные аспекты решения проблемы: социально-методологический, научно-методический (дидактический), психолого-педагогический и технологический.

Исходя из цели и гипотезы, были сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ научной, учебно-методической, психолого-педагогической и нормативной литературы по теме исследования и на этом основании сформировать концепцию педагогического исследования.

2. Провести историко-гносеологический анализ становления вычислительной физики как научной дисциплины, исследовать вопрос о взаимоотношении экспериментальной, теоретической и вычислительной физики.

3. Изучить вопрос о соотношении научной дисциплины и учебного предмета.

4. Выявить особенности использования компьютерных технологий при обучении физике в педагогическом вузе.

5. Проанализировать в контексте исследуемой проблемы основные направления развития общего и профессионального физического педагогического образования.

6. Рассмотреть базовые модели развивающего образования и методические подходы к их реализации в теории и методике обучения физике.

7. Сформулировать и теоретически обосновать цели обучения вычислительной физике и принципы отбора содержания дисциплины, выявить основные линии содержания и построить блочно-модульную структуру учебной дисциплины «вычислительная физика».

8. Исследовать вопрос о наиболее рациональных путях реализации содержания образования в области вычислительной физики в педагогическую практику подготовки учителя физики.

9. Апробировать, внедрить и проверить эффективность методической системы обучения вычислительной физике в ходе педагогического эксперимента.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют:

• труды по истории и методологии науки, развитию методологии физического познания (В.И. Арнольд, А.И. Ахиезер, В.И. Вернадский, В. Гейзенберг,

B.Л. Гинзбург, Л. де Бройль, П.Л. Капица, Л.Д. Ландау, А. Пуанкаре, Р. Фейн-ман, Э. Ферми, В.А. Фок, А. Эйнштейн и др.);

• научные и научно-методические работы в области вычислительной физики (О.М. Белоцерковский, К. Биндер, Ч. Бэдсел, П.Н. Вабшцевич, К. Жаблон,

C. Кунин, С.П. Курдюмов, А. Ленгдон, И.В. Максимей, Г.Г. Малинецкий, H.H. Моисеев, Ф. Мун, Б. Олдер, Р. Пейре, Д. Поттер, П. Роуч, A.A. Самарский, Ж.К. Симон, А.Н. Тихонов, Д.В. Хеерман, Р. Шеннон и др);

• концепция модернизации отечественного образования (В.А. Болотов, В.В. Краевский, В.А. Кузнецова, В.В. Лаптев, B.C. Леднев, М.М. Поташник, В.А. Сластенин, А.П. Тряпицина, С.Е. Шишов, В.Е. Шукшунов и др.);

• теория формирования содержания образования и построения процесса обучения (Б.С. Гершунский, В.И. Гинецинский, В.И. Загвязинский, С.Е. Каменецкий, В.В. Краевский, B.C. Леднев, ИJL Лернер, Н.С. Пурышева, М.Н. Скаткин и др.);

• психолого-педагогические теории развивающего образования и концепции личностно-ориентированного обучения (Е.В. Бондаревская, Л.С. Выготский, В.В. Давыдов, З.И. Калмыкова, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Р.И. Малафеев, М.И. Махмутов, Л.С. Рубинштейн, В.В. Сериков, Н.Ф. Талызина, И.С. Якиманская и др.);

• теория проектирования и конструирования образовательных технологий (В.П. Беспалько, В.А. Бордовский, Я. Дитрих, Е.С. Заир-Бек, И.Я. Ланина, Д.Ш. Матрос, Е.С. Полат, В.Е. Радионов, И.В. Роберт, Г.К. Селевко, Б.Я. Советов, П.А. Юцявичене и др.);

• достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике в аспектах фундаментализации образования, усиления методологической направленности, интеграции и вариативности обучения (C.B. Бубликов, Г.М. Голин, В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зорина, В.А. Извозчиков, A.C. Кондратьев, И Л. Ланина, В.В. Мултановский, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, А.Д. Суханов, A.B. Усова и др.);

• результаты научно-методических исследований по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (Г.А. Бордовский, Э.В. Бурсиан, Е.И. Бутиков, X. Гулд, В.А. Извозчиков, A.C. Кондратьев, В.В. Лаптев, А.Н. Матвеев, C.B. Поршнев, A.A. Самарский, Я. Тобочник, А.И. Ходанович и др.);

• научно-методические работы по вопросам организации познавательной деятельности обучаемых, гуманизации и индивидуализации при обучении физике, развитию мышления и творческих способностей учащихся и студентов (Ю.К. Бабанский, В .И. Данильчук, Н.И. Зверева, А.С. Кондратьев, ИЛ. Ланина, В.В. Майер, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, И. Унт, АЛ. Усова, Т.Н. Шамало и др.);

• работы по проблемам организации и проведения научных исследований в педагогике (В.А. Бордовский, В.И. Журавлев, В.И. Загвязннский, В.В. Краев-ский, А.А. Кыверялг, A.M. Новиков, Г.И. Рузавин, М.Н. Скаткин и др.);

Источником диссертационного исследования явился также собственный опыт автора как учителя школы, преподавателя и исследователя научно-методических проблем в педагогическом вузе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялась совокупность теоретических и эмпирических методов исследования:

- Концептуальный и сравнительный анализ философской, научной, исторической, психолого-педагогической и методической литературы, относящейся к объекту и предмету исследования;

- Анализ государственных образовательных стандартов и учебных программ, учебных пособий и методических материалов для высших учебных заведений и школы;

- Наблюдение за процессом обучения и сопоставительный анализ основных процедур методической деятельности участников педагогического процесса (в том числе и личное участие автора);

- Изучение и обобщение передового опыта учителей и преподавателей вузов в аспекте использования компьютерных технологий в обучении;

- Проектирование и конструирование элементов методической системы;

- Моделирование структуры деятельности субъектов педагогического процесса при обучении основам вычислительной физики;

- Педагогический эксперимент и педагогическая практика (в том числе, с личным участием автора);

- Метод экспертных оценок;

- Методы математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента и педагогической практики.

Специфика исследования (проводилось в период с 1996 г. по 2005 г.) определило его общую логику:

1. От прямых наблюдений процесса обучения физике в педвузе с использованием компьютерных технологий к анализу содержания, методов и форм обучения.

2. Анализ литературы и передового опыта по использованию информационных технологий в обучении физике.

3. Формулировка гипотезы исследования и постановка основных задач.

4. Проектирование и конструирование модели методической системы обучения вычислительной физике как прообраза будущей педагогической деятельности по обучению дисциплине и ее применение для анализа логической структуры знаний и методов их освоения.

5. Разработка технологии реализации содержания обучения в педагогическую практику подготовки учителя физики.

6. Апробация и внедрение методики в ходе проведения формирующего этапа педагогического эксперимента.

7. Обобщение результатов опытно-экспериментальной работы и теоретических исследований, корректировка модели методической системы и выработка практических рекомендаций.

8. Оценка результативности проведенного исследования.

Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваются:

- методологической основой исследования;

- соответствием комплекса используемых методов цели, предмету и задачам исследования;

- сочетанием теоретического анализа проблемы с практикой использования предлагаемого подхода;

- проведением длительного педагогического эксперимента, его повторяемостью и контролируемостью, широкой экспериментальной базой.

На защиту выносятся:

1. Теоретическое обоснование положения о необходимости и возможности в современных условиях подготовку учителя физики в области математического моделирования физических объектов, процессов и систем и вычислительного эксперимента осуществлять посредством введения в учебный процесс дисциплины «Вычислительная физика». Оно включает:

- результаты историко-гносеологического анализа формирования вычислительной физики как фундаментального раздела науки;

- обоснование несводимости и дополнительности традиционных дисциплин в базовой подготовке учителя физики и «Вычислительной физики»;

- результаты анализа о путях совершенствования существующих методик обучения физике на основе компьютерных технологий в традиционных учебных дисциплинах: курсах общей (экспериментальной) и теоретической физики и курсе методики обучения физике;

- обоснование адекватного терминологического и понятийного аппарата учебной дисциплины «Вычислительная физика».

2. Дидактическая концепция учебной дисциплины «Вычислительная физика», которая включает:

- обоснование и формулировку целей обучения дисциплине;

- систему принципов отбора содержания и построения процесса обучения;

- обоснование совокупности основных содержательных линий обучения;

- обоснование структуры и содержательного наполнения поэтапной технологии исследовательской деятельности в вычислительной физике.

3. Методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики, которая включает: совокупность целей обучения; вариативный материал по основным линиям содержания обучения; систему исследовательских проектов и технологию их реализации; описание форм и средств обучения дисциплине, процедуры контрольно-оценочной деятельности.

Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:

1. В отличие от других работ, касающихся данной проблематики, на широком историческом и физическом материале проведен комплексный гно-

сеологический анализ формирования вычислительной физики как фундаментального раздела науки, показано, что вычислительная физика явилась закономерным результатом развития методологии физического познания для эффективного решения сложных физических и технологических проблем, а вычислительный эксперимент является общефизическим методом; выявлены и описаны основные исторические этапы становления вычислительной физики; выявлены структурные и функциональные особенности основополагающих методов проведения физических исследований; показана несводимость и дополнительность численного моделирования, физического эксперимента и теоретического анализа.

2. В отличие от работ, в которых численное моделирование физических явлений предлагается включать как составную часть в курсы общей или теоретической физики, в настоящем исследовании обоснована необходимость подготовки учителя физики в области математического моделирования физических объектов и процессов и вычислительного эксперимента в рамках самостоятельной учебной дисциплины «Вычислительная физика», установлено, что распределение ее содержания по различным дисциплинам исключает возможность адекватно сформировать основные понятия вычислительной физики и полноценно раскрыть сущность методологии вычислительного эксперимента, а тем более, привить прочные навыки ее применения в исследованиях и обучении; установлен адекватный терминологический и понятийный аппарат дисциплины; определены направления совершенствования существующих методик обучения физике на основе компьютерных технологий в классических учебных дисциплинах.

3. В отличие от эмпирико-интуитивного подхода, в проведенном исследовании разработана концепция и сконструирована модель учебной дисциплины «Вычислительная физика» как целостной, динамической, развивающейся, методической системы, направленной как на освоение предметной составляющей, так и на повышение качества деятельностно-коммуникативной составляющей образования:

- в соответствии с современными требованиями к уровню подготовки учителя физики обоснованы и сформулированы цели обучения дисциплине;

- обоснована и сформулирована система принципов, на которых должны основываться отбор содержания образования и осуществляться построение процесса обучения дисциплине;

- определены основные линии содержания обучения;

- установлено, что доминирующей технологией реализации образования в педагогическую практику должна стать технология исследовательской деятельности, реализующая принцип учебного познания как исследования;

- разработана и обоснована структура поэтапной технологии исследовательской деятельности в учебной вычислительной физике.

4. На основе сконструированной дидактической модели построена методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики, которая включает:

- примерное наполнение предметного содержания по основным содержательным линиям: основы математического моделирования физических объектов и процессов, в котором кроме понятийного аппарата содержатся ориги-

нальные рабочие классификации математических моделей; построение дискретных (численных и имитационных компьютерных) моделей; основы вычислительного эксперимента;

- систему исследовательских проектов, реализуемую на основе поэтапной технологии;

- описание форм и средств обучения, процедуры контрольно-оценочной деятельности.

Теоретическая значимость работы состоит: во всестороннем исследовании и построении теоретических основ проектирования и конструирования процесса подготовки будущего учителя физики в области вычислительной физики в педагогическом вузе; разработке современной методической системы обучения в данной области знаний, которая включает: совокупность целей обучения, вариативное содержание образования и технологию его реализации в педагогическую практику.

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в том, что результаты теоретических изысканий доведены до уровня конкретных методических рекомендаций и могут быть использованы в практике общеобразовательных школ, педагогических и технических вузов:

- разработан и внедрен в учебный процесс учебно-методический комплекс «Вычислительная физика», который содержит: учебную программу, курс лекционных и практических занятий, систему лабораторных работ, методические рекомендации и задания для самостоятельной работы студентов;

- разработаны и внедрены в практику ряда школ г. Нижнего Тагила и Уральского региона элективные курсы и факультативы по основам вычислительной физики;

- по результатам проведенного исследования опубликована монография «Методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики», материалы которой могут быть использованы в педагогической практике.

Апробация и внедрение результатов работы осуществлялись в процессе:

• выступлений и обсуждения материалов на Международных научных, научно-методических и научно-практических конференциях: «Физика в системе современного образования (ФССО)» (Санкт-Петербург, 1999, 2003, 2005; Ярославль, 2001), «Информационные технологии в учебном процессе кафедр физики и математики» (Ульяновск, 1999), «Информационные технологии в общеобразовательной школе» (Новосибирск, 2000), «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2001), «Народное образование в XXI веке» (Москва, МПУ, 2001), «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ» (Москва, Mill У, 2002), «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях» (Екатеринбург, 2002, 2004, 2005); Съезде российских физиков-преподавателей «Физическое образование в XXI веке» (Москва, МГУ, 2000); других всероссийских, региональных и межвузовских конференциях, семинарах и совещаниях.

• экспериментальной и поисковой работы на физико-математических факультетах Нижнетагильской государственной социально-педагогической академии (НТГСПА) и Шадринского государственного педагогического института (ШГПИ), физических фа-

культетах Уральского государственного педагогического университета (УрГПУ) и Гла-зовского государственного педагогического института (ПЛИ), радиофизическом факультете Уральского государственного технического университета (УГГУ-УПИ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем текста 341 страница, библиографический список содержит 395 наименований. Работа иллюстрирована рисунками, схемами и таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ Д ИССЕРТАЦИИ

Во введения обоснована актуальность, определены объект, предмет, цель и задачи исследования. Выдвигается гипотеза (концепция), раскрываются концептуальные положения (идеи) работы. Обсуждается методология исследования, приводятся научная новизна, теоретическая и практическая значимость, обоснованность и достоверность результатов, их апробация и внедрение в педагогическую практику. Формулируются положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Логико-методологические основы обучения вычислительной физике в системе физического педагогического образования» посвящена теоретическому обоснованию положения о необходимости специальной подготовки современного учителя физики в области математического моделирования и вычислительного эксперимента посредством введения в учебный процесс отдельной дисциплины «Вычислительная физика».

В первом параграфе на широком историческом и физическом материале проведен комплексный гносеологический анализ становления вычислительной физики как фундаментального раздела науки, показано, что возникновение вычислительной физики как отдельной дисциплины следует датировать серединой 60-х годов XX века. С точки зрения фундаментальных проблем физики, ее формирование было вызвано двумя основными причинами: существенной нелинейностью большинства реальных процессов в природе и необходимостью исследования поведения систем, состоящих из большого числа частиц (частей). С точки зрения технических приложений - это необходимость создания и исследования поведения систем со многими степенями свободы (многопараметрические системы).

Приведем далеко не полный перечень тех областей, в которых вычислительный эксперимент сыграл решающую роль: 1. Задачи Внешней и Космической баллистики. 2. Проблемы гидро- и аэродинамики. 3. Атомная энергетика и Управляемый термоядерный синтез. 4. Теория нелинейных колебаний и волн. Теория солитонов. 5. Нелинейная оптика. 6. Теории теплопроводности и диффузии. 7. Статистическая физика и термодинамика конденсированных сред. 8. Физика плазмы и Физика твердого тела. 9. Квантовая механика и квантовая теория поля (КЭД и КХД). 10. Проблемы Астрофизики и Геофизики. 11. Проблемы Экологии и Синергетики.

Представленные в первой части параграфа материалы позволяют сделать следующие выводы: Во-первых: практически нет областей в физике, где бы ни использовалось численное моделирование, а все развивающиеся разделы в той

или иной степени базируются на данных, полученных в расчетах на ЭВМ. Вычислительный эксперимент - это общефизическая методология проведения исследований. Вычислительная физика явилась закономерным результатом развития научного метода познания в физике и одним из самых эффективных путей решения сложных проблем науки и техники. Во-вторых: развитие вычислительной техники, массовое производство и распространение персональных компьютеров в настоящее время привели к тому, что математическое моделирование и вычислительный эксперимент могут и должны широко внедряться в повседневную практику проведения исследований и процесс обучения в высшей и средней школе.

Отдельно исследуется вопрос об адекватности применяемой терминологии. Термин «вычислительная физика» (Computational physics) в отечественной литературе используется сравнительно недавно, его толкование до настоящего времени еще нельзя считать установившимся и общепринятым. Терминологические и понятийные трудности, связанные с сущностью самого понятия «вычислительная физика» (равно как и производных понятий) не преодолены до сих пор. В среде методистов-физиков, учителей физики и многих преподавателей физики высших учебных заведений чаще используются выражения «компьютерное моделирование» (Computer simulation) или «компьютерная физика» (Computing physics), и в этом плане понимают практически любой аспект применения компьютеров в исследованиях или обучении.

В проведенном исследовании с абсолютной ясностью показано, что термины «вычислительный эксперимент» и «вычислительная физика» сложились исторически и вполне адекватно отражают и сущность метода моделирования поведения объектов с применением компьютера, и необходимость выделения в физике методов исследования объектов, основанных на численном или имитационном моделировании. Теоретическая физика традиционно использует аналитические методы (алгебраические и приближенные), которые не требуют обязательного применения ЭВМ.

На начальном этапе создания новой учебной дисциплины представляет несомненный интерес анализ тех характеристик соответствующей ей области научных знаний, которые способствуют выявлению особенностей этой дисциплины. Без ориентации на четко определенный предмет науки, специфику ее методов проведения исследований и систему базовых понятий, затрудняется адекватный подход к формированию методической системы соответствующей учебной дисциплины.

Вычислительная физика как самостоятельная наука вступает в свои права тогда, когда для изучения конкретного фрагмента мира необходимо построить вычислительную модель - это то сопряжение, через которое вычислительная физика вступает в отношение с частными науками, в то же время не сливаясь с ними. Принципиально важным дополнением, которое необходимо сделать в связи с дальнейшим адекватным использованием понятия «вычислительная модель», является то, что компьютер работает с дискретным и ограниченным множеством знаков (чисел, символов, слов), поэтому вычислительная модель по определению - это дискретная и конечная модель явления (или системы).

Основополагающим методом (по сути - методологией - совокупностью методов) вычислительной физики является вычислительный эксперимент, который проводится с численной или имитационной моделью изучаемого явления. Использование математической модели в таком контексте аналогично проведению натурного эксперимента с реальным объектом: задавая конкретный набор значений исходных параметров модели, в результате вычислительного эксперимента получают конкретный набор приближенных значений искомых величин. Для исследования поведения объекта при новом наборе исходных данных необходимо проведение нового вычислительного эксперимента.

Термин «вычислительный эксперимент» в научной и методической литературе употребляется в трех смыслах (аспектах):

1. В узком (прикладном) значении - как построение вычислительной модели конкретного явления и исследование ее на компьютере.

2. В методологическом смысле - как новый метод познания (изучения явлений реальной действительности), и в этом плане — альтернативный (и одновременно - дополнительный) классическому теоретическому (аналитическому) и экспериментальному методам. Его основой и составляющими являются построение дискретных математических и имитационных моделей изучаемых явлений (математическое и имитационное моделирование) и всестороннее их исследование на ЭВМ.

3. В широком общенаучном аспекте - как новую интегрирующую технологию проведения научных исследований, призванную решить проблему более тесного координирования и связи теоретических и экспериментальных исследований при решении важных фундаментальных и прикладных задач.

Во втором параграфе анализируется проблема о соотношении теоретической, экспериментальной и вычислительной физики в методологии современного физического познания.

Вычислительная физика сочетает в себе многие достоинства, как теории, так и эксперимента. Работа не с самим объектом (явлением, процессом), а с его моделью дает возможность относительно быстро и без существенных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях (преимущества теории). В то же время вычислительный эксперимент с моделями объектов позволяет изучать объекты в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим подходам (преимущества эксперимента).

Таким образом, численное моделирование оказывается то инструментом теории, то неким новым типом эксперимента. В традициях экспериментального исследования мы воздействуем на математическую модель и обрабатываем результаты (вот почему мы говорим об эксперименте, хотя и вычислительном). В традициях теоретического исследования в вычислительном эксперименте мы имеем дело с математической моделью, а не с самим объектом.

В действительности же изучение численной модели на ЭВМ, физический эксперимент и математическая модель в теории должны рассматриваться как одинаково важные (и дополнительные). В таблице 1 приведены некоторые сравнительные характеристики трех фундаментальных методов проведения физических исследований.

Таблица 1. Характеристики методов исследования в физике

Экспериментальная физика Вычислительная физика Теоретическая физика

Объект элементарные частицы, атомы, молекулы, тела, поля, системы тел и полей, их строение, взаимодействие и движение

Предмет Материальная модель Вычислительная модель Математическая модель

Метод Лабораторный эксперимент Вычислительный эксперимент Аналитическое исследование

Инструмент исследования Экспериментальная установка ЭВМ Математический анализ

Материальная основа Измерительный прибор. Образец Компьютерная программа —

Контрольные процедуры Калибровка Тестирование программы Проверка существования и единственности решения

Получение результатов Измерения Численные расчеты Решение системы уравнений (неравенств)

В третьем параграфе анализируется вопрос о путях совершенствования на основе компьютерных технологий существующих методик обучения в традиционных дисциплинах предметной подготовки учителя физики, обсуждаются основные этапы (цикл) исследования объектов в методологии вычислительного эксперимента и приводится теоретическое обоснование необходимости выделения «Вычислительной физики» в отдельную учебную дисциплину.

К настоящему времени опубликовано огромное количество работ по использованию компьютеров для изучения разнообразных физических явлений. Можно выделить работы, касающиеся компьютерного (симуляционного) лабораторного и демонстрационного эксперимента, посвященные компьютеризированному учебному эксперименту (сопряжение компьютера с экспериментальной установкой), относящиеся к внедрению мультимедийных программно-педагогических средств в образовательные учреждения всех уровней и т.д.

Безусловно, компьютеризация и информатизация, в той или иной степени должны оказывать влияние на весь процесс обучения физике, на все традиционные учебные дисциплины. Вместе с тем, применение компьютеров должно способствовать более полной реализации фундаментальных целей этих дисциплин, приводить к более полному и глубокому анализу явлений и пониманию физики, а не к «принудительному насаждению» компьютеров, объединению вокруг их возможностей не связанного физического содержания (или вообще не физического) и, по существу, подмене целей обучения физике.

Именно в таком аспекте проанализированы основные составляющие компьютерного обучения физике, поскольку представляется достаточно очевидным (хотя имеются и другие мнения), что в рамках одной учебной дисциплины нельзя подготовить студентов ко всему многообразию применения компьютеров в обучении.

От «всей компьютерной физики» к компетенции «Вычислительной физики» следует отнести: 1. Численное моделирование физических объектов и процессов с применением ПК; 2. Компьютерные технологии вычислений; 3. Решение задач на ПК; 4. Обработка и визуализация данных вычислительного эксперимента.

Для проведения вычислительного эксперимента требуются не только познания в физике, но и сведения из смежных дисциплин. В этом аспекте вычислительная физика выступает как новая, ярко выраженная интегрирующая дисциплина (рис. 1), поскольку интеграцию следует понимать как процесс взаимного приспособления и объединения частей в целое с образованием единого понятийного и терминологического аппарата и единой логики изложения материала, по существу - синтез.

Рис. 1. Интегративная сущность дисциплины «Вычислительная физика»

В рамках существующих интегративных курсов, например, «физическая картина мира» или «естественнонаучная картина мира», используется описательный подход. В «вычислительной физике» реализуется исследовательский подход, причем как внутридисциплинарный (модели объектов и явлений различной физической природы рассматриваются в одной дисциплине, с единых позиций), так и междисциплинарный (физика и астрономия, математика и информатика, методика и др.).

Необходимость выделения вычислительной физики в отдельную учебную дисциплину обусловлена, по крайней мере, тремя основополагающими причинами. Во-первых, она призвана ознакомить с третьим фундаментальным методом проведения физических исследований - вычислительным экспериментом. Во-вторых, в рамках этой дисциплины появляется возможность адекватного рассмотрения физики нелинейных явлений, физики систем сильно взаимодействующих частиц, а отсюда и явлений самоорганизации. В-третьих, обучение этой дисциплине невозможно без постоянного использования вычислительной техники, а значит реального внедрения компьютерных технологий в обучение физике.

Ни в рамках курса общей (экспериментальной) физики, ни в курсе теоретической физики адекватно раскрыть сущность методологии вычислительного эксперимента, а тем более привить прочные навыки его применения в исследованиях и обучении не представляется возможным. Каждый из курсов призван решать свои фундаментальные задачи в обучении физике.

Набор обязательных учебных предметов предопределяется двумя факторами - обобщенной структурой деятельности и структурой объекта изучения (B.C. Леднев), при этом указанные факторы носят объективный характер. Появление новых устойчивых учебных предметов может быть вызвано лишь существенными изменениями в научной картине мира и сменой доминирующего вида деятельности. Формирование вычислительной физики и ее метода - вычислительного эксперимента - явились важнейшим шагом в познании окружающего мира и, следовательно, проявлением обоих фахторов.

Распределение содержания по различным дисциплинам исключает возможность формирования основных, фундаментальных понятий вычислительной физики в рамках и логике понятийного и методологического аппарата, выработанного этой наукой, что является эффективным дидактическим средством формирования понятий. Понятия вычислительной физики, изучаемые в логике других учебных курсов, оказываются инородными в их понятийной системе и будут восприняты как второстепенные, не имеющие принципиального значения.

Развивая эти выводы, можно утверждать, что образование в области вычислительной физики является базовым компонентом содержания подготовки будущего учителя физики. Это значит, что на него распространяется следующая дидактическая формула: всякий базовый компонент образования включается в содержание образования двояко: в виде особого учебного предмета и в виде «вкраплений» в некоторые другие учебные предметы.

Во второй главе «Проектирование и конструирование теоретической модели методической системы обучения в области вычислительной физики» обсуждаются теоретические положения, которые необходимо учитывать для адекватного педагогического проектирования и конструирования, затем строится модель методической системы обучения вычислительной физике.

Методическая система обучения представляет собой совокупность пяти иерархически взаимосвязанных компонентов: целей, содержания, методов, организационных форм и средств обучения. Термины «проектирование» и «конструирование» в данном контексте следует рассматривать как последовательные этапы приближения замысла к его предметной реализации.

Концептуальный анализ современных парадигм развивающего и личност-но-ориентированного типов образования, а также анализ методических подходов к реализации личностно-развивающего обучения физике, позволили сформулировать цель и задачи обучения вычислительной физике в контексте главной цели образования - развитие личности для успешной социализации.

При этом мы опирались на методическую концепцию обучения физике -«образование как учебная модель науки», которую разрабатывает кафедра методики обучения физике РПТУ им. А. И. Герцена. В аспекте исследуемой в нашей работе проблемы данная концепция является особенно значимой по нескольким причинам, главная из которых заключается в органичном единстве исследования процессов обучения физике в педагогическом университете (подготовке учителя физики) и школе.

Сформулируем цель и задачи, которые должны быть реализованы при введении в учебный процесс дисциплины «Вычислительная физика».

Цель обучения: ознакомить будущего учителя физики с предметом и методом вычислительной физики, сформировать умения востребовать и использовать ее научное содержание в качестве методологического, теоретического и технологического средства обоснования и выполнения целевых видов познавательной и профессиональной деятельности.

Задачи обучения:

- ознакомить с современной методологией проведения физических исследований (основами теории и технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента);

- обобщить, расширить и углубить знания и умения в области математического моделирования физических объектов и процессов;

- привить практические навыки разработки и реализации на ПК моделей физических объектов и явлений, научить анализировать результаты вычислительного эксперимента и оценивать адекватность построенных моделей;

- расширить круг объектов изучения (нелинейные явления, системы взаимодействующих частиц, многопараметрические процессы и т. д.) и границы изучаемых явлений (по параметрам, связям, способам описания и др.);

- сформировать у студентов умения организовать свою познавательную (исследовательскую) и методическую деятельность с использованием компьютера.

Одним из методологических оснований при формировании критериев отбора учебного материала на основе методологического анализа состояния и перспектив развития предметных научных отраслей и решении возникающих при этом теоретических и прикладных задач является утвердившееся в педагогике положение о том, что учебный предмет представляет собой не результат проецирования соответствующей отрасли науки на вузовское обучение, а итог дидактической переработки определенной системы знаний, умений и навыков, необходимых для овладения соответствующим видом деятельности.

Анализ подходов к построению учебной дисциплины на уровне принципов разработки учебных программ, показывает, что в них, как правило, не находит отражение то, что программа учебной дисциплины - это и стратегия исследовательской деятельности педагога, стремящегося реализовать в структуре излагаемого учебного материала определенные идеи и представления о тенденциях развития соответствующей отрасли знания, о технологиях формирования познавательной деятельности в процессе усвоения учебного материала. В этом смысле система принципов построения учебной дисциплины, критериев отбора учебного материала должна быть дополнена формулированием идей и принципов, выражающих профессионально-педагогическую позицию автора, его видение перспектив своей деятельности, воплощенных в структуре учебного материала. С этой точки зрения система принципов построения программы учебной дисциплины всегда является открытой системой.

В настоящее время общепринятым является представление о единстве содержательных и процессуальных компонентов при организации образовательного процесса. Содержание как сущностная часть во многом определяет и его процессуальную часть. Таким образом, система принципов должна отражать оба аспекта рассматриваемой проблемы.

При отборе содержания подготовки будущих учителей в области вычислительной физики мы основывались на методических принципах отбора, перечисленных ниже. В то же время нужно подчеркнуть, что при определении содержания обучения именно логический анализ оказывается исходным и решающим, а психологический - зависимым и вторичным.

1. Принцип соответствия целям обучения. Цели обучения определяют его содержание. При этом, однако, необходимо учитывать, что одни и те же цели могут быть достигнуты при помощи различного содержания.

2. Принцип дидактической изоморфности. Суть этого положения заключается в том, что в содержании дисциплины «вычислительная физика» должны быть реализованы те дидактические условия, заключенные в принципах дидактики, которые определяют педагогическую обоснованность формирования содержания обучения. Безусловно, что ориентация на эти принципы должна осуществляться с учетом специфики процесса обучения в высшей школе.

3. Принцип фундаментальности. По отношению к обучению физике фундаментальность обозначает четкую ориентацию на стержневое (методологическое) знание, которое не только является инвариантным по отношению к другим областям знаний, но и как бы объединяет, цементирует все то, что обеспечивает компетентность и мобильность будущего специалиста.

Что касается термина «фундаментальный», то он удачно объединяет в себе оба значения, обычно связанных с этим понятием. С одной стороны, фундаментальный курс служит фундаментом для изучения последующих дисциплин, переквалификации и профессиональной деятельности в непрерывно меняющихся условиях. Дает такие знания, которые не устаревают с течением времени, помогают ориентироваться в любой новой среде и являются универсальными по существу. С другой стороны, фундаментальный курс обладает монолитностью и внутренним единством, обеспечивающим его инвариантность по отношению к конкретному направлению специальности. Реализация принципа фундаментальности осуществляется через ряд следующих соподчиненных принципов.

А) принцип дополнительности по отношению к традиционным учебным дисциплинам При отборе содержания одной из целей является расширение и углубление материала стандартных курсов физики, поэтому содержание дисциплины представляет значительный собственный интерес вне связи с вычислительными методами.

Б) принцип генерализации предполагает выделение одной или нескольких стержневых идей и объединение вокруг них учебного материала. В отечественной школе в качестве элемента знаний, вокруг которого осуществляется группировка учебного материала, выбрана физическая теория, что определяется значением теории в науке как основной и ведущей формы знания. Аналогично построены курсы общей и теоретической физики, хотя каждый из них в отдельности реализует фундаментальный метод познания.

Стержневая линия при построении обучения вычислительной физике -главным образом именно овладение новой методологией проведения исследований, а не приобретение новых предметных знаний, хотя последнее и не исключается абсолютно.

В) принцип целостности призван обеспечить неразрывность процесса учебного познания при обучении методу вычислительной физики - от физического явления, через все этапы, до анализа и представления результатов и формулировки выводов. С другой стороны, он устанавливает относительную замкнутость («самодостаточность») дисциплины.

Г) принцип перспективности реализует опережающую функцию образования. В содержание обучения следует включать не только те материалы, которые важны сейчас, но и те, относительно которых есть основания думать, что они будут развиваться в ближайшем будущем или будут основой будущих разделов науки. Это в первую очередь касается вопросов нелинейной физики и синергетики. Реализация этого положения позволит развивать мышление будущего учителя так, чтобы он впоследствии сам мог осваивать новые разделы физики, которые ему, быть может, в будущем придется преподавать в школе, даже если он их сейчас и не изучает.

4. Принцип профессионально-педагогической направленности обучения. В связи с переходом на новую концепцию многоуровневой подготовки специалистов, введением государственных образовательных стандартов и итоговой аттестации выпускников, необходимость в действительном повышении качества подготовки студентов по каждой дисциплине становится особенно острой.

Содержание дисциплины должно базироваться как на логике данной науки, так и на педагогической логике. Оно направлено на формирование и развитие личности специалиста, а не сводится к передаче студентам простой совокупности знаний-сведений (законов, понятий и методов) данной науки. В этом смысле учебная дисциплина представляет собой особое педагогическое средство, инструмент, специально создаваемый для обучения и воспитания студентов.

Системное, дидактически обоснованное построение дисциплин и целенаправленное изучение их именно как средств целостного исследования профессиональных проблем дает возможность студентам усваивать материал на уровне не запоминания, а глубокого понимания и использования его методологической сущности.

Особое значение имеет необходимость преодоления в вузовском образовании феномена «разрывности мышления». Речь идет о ситуации, когда знания студентов и выпускников не управляют их действиями на практике: понятия, законы и другие положения изученных дисциплин студенты знают, могут рассказать, дать определения на память, но осознанно, грамотно и аргументировано востребовать и использовать эти знания как ориентиры для обоснования и выполнения действий на практике - не могут.

Дело в том, что основные понятия и положения дисциплины в учебном процессе обычно преподносятся в общепринятой логической форме (т.е. в логике описания). Ее отличительная особенность в том, что в большинстве случаев она не раскрывает «правило» использования научного знания для выполнения того или иного действия. Сама логическая форма научного знания не соответствует объективным условиям его применения, успешного выполнения действий на основе данного знания. Поэтому студент, опираясь только на логическую форму знания, чаще всего не может ни востребовать его, ни использовать при решении задач.

Студент должен научиться «развертывать» логическую форму научного содержания дисциплины в его деятельностную форму на материале решения познавательных и профессиональных задач - для разработки (вывода, обоснования) схем ориентировочной основы действия и решения задач на основе этих схем. Схемы - это тот методолого-технологический «канал», через который можно и нужно формировать у студентов полноценные научные знания.

Теоретические знания, трансформированные в научно-практическую форму «правил» их использования, приобретают новые качественные свойства - выполняют управляющую функцию в процессе проектирования, прогнозирования результатов, осуществления действия, его анализа и коррекции. Следовательно, для того, чтобы предметное знание было действительно полноценно изучено, т.е. сформировано у студента как осознанное средство решения познавательных и профессиональных задач, оно должно быть «пропущено» через действия студента.

5. Принцип учебного познания как исследования не требует комментариев, единственное, что нужно отметить - принцип фиксирует процедуру и получения, и освоения знаний, а не только технологию их применения.

Совокупность приведенных принципов проявляется как конкретная реализация основных направлений развития высшего профессионального физического педагогического образования в рамках построения учебной дисциплины «Вычислительная физика».

На основе анализа различных подходов к построению обучения в данной области знаний были выявлены основные линии содержания обучения: основы компьютерного математического моделирования реальных систем и процессов; построение вычислительных моделей; вычислительный эксперимент. В работе подробно обсуждается вариативное содержательное наполнение каждой линии и дано развернутое его обоснование.

Первая часть курса призвана ознакомить, а в ряде случаев обобщить и углубить знания и умения, касающиеся общих основ теории моделирования, а также теории математического моделирования физических объектов и процессов, сформировать конкретные представления о понятиях «математическая модель» и «математическое моделирование», познакомить с примерной классификацией математических моделей, методами построения и изучения математических моделей, дать общее представление о методологии вычислительной физики.

Вторая часть курса преследует цель привить навыки построения численных и имитационных (компьютерных) моделей. Часто процесс вычисления проливает свет на саму обрабатываемую модель. Если не понимать промежуточные процессы, то легко перепутать эффекты использованной при вычислениях модели с эффектами исходной модели и не разобраться даже в правильно проведенных вычислениях. Ведущим в данном случае, но не единственным, является метод конечных разностей, который имеет широкую область применения, а в процессе рассмотрения малых элементов континуума возникают многие физические идеи.

Третья составляющая курса призвана ознакомить с особенностями проведения вычислительных экспериментов. В работе подробно разбираются различные аспекты возникающих при этом проблем, и приводится в качестве примера вычислительный эксперимент с солитонами Кортевега-де Вриза.

При отборе материала, составляющего содержание курса «Вычислительная физика» (на уровне проработки конкретной физической тематики), руководствовались материалами, изложенными в первой главе, положениями и подходом, описанными выше. При этом для изучения следует выбирать, как традиционные модели, знакомые студентам по другим учебным дисциплинам, но с учетом большего количества факторов, влияющих на состояние изучаемого объекта (явления), так и вводить модели, не связанные напрямую с теми или иными темами курсов общей или теоретической физики, других обязательных естественнонаучных дисциплин.

Важной составляющей при отборе материала является учет уровня общей подготовки студентов к моменту изучения дисциплины (в частности, математической), поскольку данное обстоятельство оказывает значительное влияние на восприятие осваиваемых тем курса.

Сформулируем структуру обсуждаемого курса на таком уровне детализации, на котором она представляется инвариантной по отношению к более детальному планированию - инвариантное ядро дисциплины (общая тематика исследовательских проектов). При этом основными факторами являются: цели и задачи обучения дисциплине; система принципов отбора содержания и построения процесса обучения дисциплине; полнота (по возможности) отражения системы фундаментальных моделей физических объектов и процессов; полнота (по возможности) отражения системы операторов математических моделей физических явлений; возможность реализации всех этапов технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента при исследовании конкретного объекта или процесса; возможность построения и исследования содержательных иерархических цепочек моделей явления; структура и содержание общеобразовательной, профессиональной и профильной (специальной) подготовки будущего учителя физики. При таком подходе курс «Вычислительная физика» должен включать следующие содержательные модули.

1. Исследование «физических» функций.

2. Движение тел в вязких и плотных средах.

3. Задачи небесной механики.

4. Движение зарядов в электрических и магнитных полях.

5. Модели колебательных процессов.

6. Динамика систем многих частиц (МДМ).

7. Модели случайных процессов.

8. Моделирование статистических ансамблей (Монте-Карло).

9. Численное моделирование стационарных полей.

10. Волновые явления (свет, звук, волны на поверхности жидкости)

11. Явления переноса.

12. Моделирование процессов самоорганизации.

13. Порядок и Хаос в детерминированных системах.

14. Численное моделирование в Квантовой механике.

15. Основы имитационного моделирования.

Такое тематическое наполнение наиболее адекватно отражает выделенные выше содержательные линии и отвечает задачам курса.

В курсе «Вычислительная физика» целесообразно изучать те процессы и объекты, которые допускают строгое математическое описание или, по крайней мере, «полустрогое» - эмпирическое (это, в частности, позволяет проводить имитационное моделирование подобных процессов с должной степенью адекватности их реальным процессам). В указанных тематических модулях формулируемые модели отвечают приведенному здесь требованию.

Перечень содержательных задач (проектов), предлагаемых в различных тематических блоках (модулях) курса, является примерным и может варьироваться в широком диапазоне. Например, выше была упомянута задача (из модуля 10) об исследовании распространения возмущений различной формы на поверхности жидкости.

Для модуля 2 совершенно естественным представляется построение и исследование в вычислительном эксперименте следующей цепочки моделей: движение без трения; движение с учетом трения в приближении Стокса; движение с трением в гидродинамическом приближении, (здесь весьма интересной представляется возможность изучения изменения характера движения тела в зависимости от его формы); движение тел в атмосфере с учетом изменения давления и температуры от высоты; движение тел в плотных средах (учет выталкивающей силы) и др. Этот проект вполне доступен для школьников старших классов.

В главе 3 рассмотрен подробно (в полном соответствии с технологией проведения исследований в вычислительной физике) более сложный проект из модуля 12 - изучение явления самоорганизации на примере образования ячеек Бенара. С одной стороны, он не имеет аналогов в учебной литературе, а с другой стороны, позволяет подойти к построению одной из центральных моделей явления «детерминированного хаоса» и всей нелинейной динамики - модели Лоренца.

Вариативная часть курса призвана реализовать свободу выбора объектов исследования для студентов, и служит лишь ориентиром преподавателю при собственном планировании учебного процесса, поэтому она детально не обсуждается.

Основной упор следует сделать на выработку общего подхода к построению моделей и работе с ними, на овладение единой методикой математического моделирования и вычислительного эксперимента. В рамках курса этому должны способствовать как изучение общих вопросов моделирования, так и реализация конкретных компьютерных моделей. Технологическая цепочка моделирования, ориентированного на последующее компьютерное исследование модели, должна быть неоднократно пройдена и, таким образом, прочно усвоена.

В курсе вычислительной физики чаще всего не удается обойтись лишь базовой предметной подготовкой, поэтому приходится в той или иной мере расширять соответствующие знания студентов. Объем дополнительного материала определяется уровнем подготовленности студентов и, как следствие, содержанием курса, т.е. отобранными для изучения явлениями (моделями).

Подчеркнем еще раз, что только комплексная реализация всех содержательных линий создает тот методологический «стержень», который делает курс целостным, в достаточной степени завершенным и непротиворечивым. При углубленном изучении вычислительной физики указанные содержательные линии и тематические блоки могут быть развиты и дополнены другими.

В курсе решаются две равноправные задачи: донести до студентов, как принципы математического моделирования, так и технологию исследования моделей, опирающуюся на компьютеры. Решение их в полном объеме позволит оказать существенное влияние на общее развитие и формирование мировоззрения студентов, интегрировать знания по различным дисциплинам, осуществлять работу с компьютером на более профессиональном уровне.

В третьей главе «Технология реализации содержания образования в педагогическую практику подготовки учителя физики» мы придерживались следующего определения: «технология обучения - это описание (проект) образовательного процесса как способа реализации содержания обучения, включающего в себя систему форм, методов и средств обучения и последовательность действий всех его субъектов, которые должны обеспечить реализацию диагностически поставленных целей».

Поиск новых подходов и форм организации учебной работы диктуется стремлением современного образования к развитию личности и интеллекта обучаемых в такой степени, чтобы выпускник (и вуза, и школы) был способен не только самостоятельно находить и усваивать ранее сгенерированную и обработанную информацию, но и сам генерировать новые идеи. Конечный замысел образовательного процесса заключается в том, чтобы от принципа «Делай, как я!» осуществлялся переход к установке «Делай сам!».

Одним из главных направлений поиска решения этой проблемы является использование деятельностного подхода, реализующего исследовательский метод в обучении. Сущность исследовательского метода заключается в организации педагогом поисковой, творческой деятельности учащихся для решения новых проблем и проблемных задач, его назначение - полноценное усвоение опыта творческой деятельности.

Наиболее адекватным практической части обучения вычислительной физике является метод проектов. Задание формулируется в виде учебного проекта и выполняется в течение нескольких занятий, причем ведущей организационной формой являются компьютерные лабораторные работы. Экспериментальная апробация такого подхода подтвердила целесообразность реализации технологии исследовательской деятельности при обучении основам вычислительной физики через метод исследовательских проектов.

Укажем полученный на основе практического опыта ряд условий, которые необходимо учитывать при использовании метода проектов:

1. Студентам (школьникам) следует предоставлять достаточно широкий набор проектов для реализации возможности реального выбора. Проекты могут бьггь как индивидуальными, так и коллективными, которые, помимо прочего, способствуют освоению учеником коллективных способов работы.

2. Поскольку, как показывает практика, изначально студенты (или школьники) не владеют проектным способом работы, на начальном этапе обучения необходимы инструкции по работе над проектом (методические указания). При этом важно учитывать индивидуальные способности обучаемых (одни лучше усваивают материал, читая текст, другие - слушая объяснения, третьи - непосредственно пробуя, ошибаясь и находя решения в процессе практической работы).

3. Для студентов (и учащихся) важна практическая значимость полученного ими результата и оценка со стороны окружающих, важно, чтобы завершенный проект был презентован.

4. Полезно создавать условия, при которых обучаемые имеют возможность обсуждать друг с другом свои успехи и неудачи. При этом происходит своеобразное взаимообучение, что, как правило, стимулирует весь педагогический процесс.

5. Компьютерные проектные технологии значительно расширяют возможности в плане формирования индивидуальных образовательных маршрутов обучаемых.

Обучение вычислительной физике с помощью метода учебных проектов может быть реализовано на разных уровнях. Первый - проблемное изложение процесса выполнения проекта, которое ведет педагог. Второй - выполнение проекта под руководством преподавателя. Третий - самостоятельное выполнение студентами учебного исследовательского проекта.

Основным условием организации проектных исследовательских заданий любого типа является прохождение обучаемыми всех или большинства этапов процесса исследования (с учетом требований посильности и доступности предлагаемых заданий). Целостное их решение и обеспечит выполнение исследовательским методом его функций.

Приведем и кратко охарактеризуем основные этапы (цикл) исследования физических объектов (процессов) в методологии вычислительного эксперимента при решении прямой задачи моделирования - основной задачи учебного вычислительного эксперимента.

Если известны или могут быть определены начальные (входные) параметры системы, законы внешнего воздействия, уравнение движения (изменения) в пространстве возможных состояний, и нужно изучить поведение объекта (протекание процесса), то в первом приближении последовательность этапов (обобщенная структура исследовательской деятельности) будет такой:

1. Содержательная постановка задачи исследования: сбор доступной информации об объекте моделирования, формулировка (предварительная) конкретных вопросов, интересующих исследователя, уяснение исходных данных.

Подготовка вопросов, на которые в данной ситуации можно получить ответ, зачастую является самостоятельной проблемой. На основании анализа всей собранной информации нужно сформулировать такие требования к будущей модели, которые могут быть действительно реализованы. Как писал А. Эд-динггон, «...первоначальная формулировка проблемы является самой трудной частью, так как здесь необходимо все время использовать свои мысли, позднее взамен их может использоваться математика».

2. Концептуальная постановка задачи включает выдвижение и обоснование (формулировку) совокупности гипотез о строении и законах поведения объекта моделирования, его взаимодействии с окружающей средой.

На основании принятых гипотез определяется множество параметров (внутренних - собственных - и внешних, зависимых и независимых, управляющих, начальных, граничных и т. д.), описывающих состояние объекта, а также перечень законов, управляющих изменением и взаимосвязью этих параметров между собой. Таким образом, на данном этапе строится физическая

модель объекта моделирования. Концептуальная постановка задачи - это перечень основных интересующих исследователя вопросов, сформулированный в терминах конкретных разделов физики.

3. Построение (или обоснованный выбор) Базовой математической модели объекта: формализованное (математическое) выражение законов (принципов), управляющих поведением и отражающих структуру объекта моделирования.

4. Разработка прикладной математической модели: совокупность базовой модели, начальных и граничных условий. Представление ее в виде краевой задачи.

5. Построение дискретного аналога прикладной модели. Зачастую упускается из виду, что компьютер работает с дискретным и ограниченным множеством знаков (чисел), и на этот этап не обращают должного внимания.

Вместе с тем, понимание необходимости и умение адекватного «перевода» непрерывной (дифференциальной) модели явления в дискретную являются ключевыми в вычислительной физике. Именно они, по мнению Фейнмана, позволяют осознать «как работают законы физики».

6. Построение Алгоритма решения дискретной аппроксимационной краевой задачи. Если построена дискретная модель, этот этап, как правило, не представляет особого труда. В большинстве случаев это моловетвящийся цикл.

7. Разработка Программы по реализации алгоритма на ПК. Здесь уместно отметить, что нужно ориентироваться на те языки или пакеты, которые лучше освоены, и составлять программы так, чтобы их работоспособность можно было проверить на простых, имеющих аналитическое решение моделях (задачах).

8. Проведение вычислительного эксперимента с моделью объекта.

9. Анализ и представление результатов.

10. Выводы и переход к исследованию следующей ступени в иерархии моделируемого объекта (уточнение модели).

Естественно, что в реальном исследовании строгое деление на этапы несколько условно, они перекрываются, взаимодействуют и т. д. Однако в методическом плане такое выделение этапов нам представляется обоснованным и целесообразным.

Следует отметить, что обсуждаемый подход в полной мере соответствует компетентностно-ориентированному подходу, набирающему все большую популярность в педагогике, так как под компетентностью следует понимать - способность осознанного, квалифицированного и самостоятельного выполнения определенных видов деятельности с включением ответственности за ее результат.

В качестве примера реализации поэтапной технологии исследовательской деятельности в вычислительной физике приведено изучение образования ячеек в подогреваемом снизу слое вязкой жидкости (ячейки Бенара). На рисунке 2 представлен один из результатов вычислительного эксперимента.

В заключительных параграфах обсуждаются компьютерные средства и организационные формы обучения вычислительной физике. Особое внимание уделено методике проведения лабораторных работ.

Рис. 2. Картина конвекции при числе Прандтля Рг = 5 и Релея Иа = 30-103

Четвертая глава «Методика проведения и результаты педагогического эксперимента» посвящена описанию организации педагогического эксперимента, который являлся неотъемлемой и органичной частью всего проведенного исследования. Он продолжался практически 10 лет, начиная с 1996 г., и закончился в 2005 г. при окончательном подведении итогов исследования и формулировании выводов по результатам работы. Текущий анализ результатов выполнял функцию обратной связи и в ряде случаев заставлял вносить серьезные коррективы в теоретические построения и методику их реализации на практике.

Эксперимент проводился в три этапа: констатирующий (1996-1999 гг.), поисковый (1998-2002 гг.) и формирующий (2001-2005 гг.). На различных этапах к эксперименту привлекались около 1000 студентов и 500 учащихся общеобразовательных школ и колледжей, 30 преподавателей вузов и 20 учителей. В нем были задействованы студенты и преподаватели физико-математических факультетов НТГСПА и 1111'НИ; физических факультетов УрГПУ и ГТОИ; радиофизического факультета УГТУ-УПИ, учащиеся и учителя школ города Нижнего Тагила (№№ 51, 95, 25,7, 18,75).

В рамках констатирующего этапа изучалась и анализировалась реальная ситуация построения процесса обучения физике с использованием компьютеров, сложившаяся в практике работы педагогических вузов и общеобразовательных школ, выявлялись предпосылки для реализации идеи построения лич-ностно-развивающей системы обучения вычислительной физике на основе специальной организации индивидуальной познавательной деятельности студентов и учащихся. Основная цель этапа - собрать материал для дальнейшего теоретического осмысления и корректировки форм и методов практической работы.

Методика массового анкетирования и опроса преподавателей и учителей физики позволила выявить и обобщить их мнение по следующим блокам вопросов: • каким Вам видится развитие содержания обучения физике?

• для каких целей нужно использовать персональный компьютер в обучении физике, какие при этом возникают трудности?

• что представляет собой вычислительная физика, в чем заключается ее метод?

• какое место в обучении занимают вопросы методологии физического познания?

• какое внимание уделяете методу моделирования и методу математического моделирования (в частности), обучаете ли им специально?

• как относитесь к проблеме индивидуализации обучения, как решаете ее в своей профессиональной деятельности?

Анализ анкет на предмет развития содержания учебного материала при обучении физике показывает, что основные направления опрашиваемые связывают с усилением роли методологической составляющей образования, с включением элементов нелинейной физики и явлений самоорганизации, с увеличением доли компонентов, базирующихся на компьютерных технологиях обучения: компьютерные демонстрации, компьютерное моделирование физических явлений, вычислительный эксперимент и др.

Самые разнообразные и подчас диаметрально противоположные ответы были получены на вопросы о содержании вычислительной физики как науки и необходимости соответствующей учебной дисциплины в подготовке будущего учителя физики. Наряду с этим, на вопрос: «Считаете ли Вы полезным специальное обучение методам моделирования и математического моделирования?», 93% преподавателей ответили утвердительно. Причем, подавляющее большинство полагают, что такой подход желательно совместить с последующим проведением компьютерных вычислений. Среди необходимых требований для этого были названы: наличие разработанной методической системы; наличие дидактических материалов; применение в обучении методов научного исследования.

Нас также интересовал войрос, в каких разделах физики, по мнению преподавателей, применение компьютерного моделирования наиболее целесообразно. Каких-то устойчивых закономерностей в этом плане установить не удалось, практически с равной вероятностью назывались все разделы, как общей (экспериментальной) физики, так и теоретической физики. Респонденты скорее говорили о причинах, по которым использование компьютеров следует считать уместным и целесообразным. Результаты исследования показывают, что чаще других причин были названы следующие: отсутствие натурных демонстрационных установок; абстрактность изучаемого материала; большой объем и сложность математических вычислений; затраты времени на построение иллюстрационных графиков и схем.

Экспериментальное исследование приводит к заключению о важной роли профессиональной компетенции учителей и преподавателей в содержательных аспектах методики обучения физике с использованием ПК. Для иллюстрации данного положения можно привести сравнение ответов обучаемых и обучающих на вопросы анкеты, связанные по существу с оценкой ими значения проблемы компьютерного физического образования (рис. 3), где отражены следующие аспекты: 1. - решение физических задач с использованием ПК; 2. -проведение интегрированных занятий в компьютерном классе; 3. - изучение основ математического моделирования физических явлений и вычислительного

эксперимента (вычислительной физики); 4. - проведение вычислительных экспериментов с «готовыми» моделями (компьютерно-графическое моделирование); 5. - ознакомление с основами нелинейной динамики и синергетики.

□ Желания ст\ чаомыч ■ Втмйжност оСпчаютич

Рис. 3. Итоги анкетирования по вопросам компьютеризации обучения физике

Основные задачи, которые был призван решить второй - поисковый этап педагогического эксперимента: довести теоретические разработки до возможности их использования в педагогической практике и разработать систему критериев оценки эффективности при обучении вычислительной физике.

На данном этапе нас интересовали принципы построения содержания курса «Вычислительная физика». Учебный материал изначально был представлен в виде содержательных блоков, отражающих общую структуру физики, как науки («Механика», «Электродинамика» и т. д.). Однако попытки изложения его в такой последовательности выявили следующие недостатки: изолированность учебного материала различных содержательных блоков; трудности, возникающие с подбором учебных задач (проектов) исследовательского типа; различие в подходах к описанию фундаментальных моделей физических объектов и явлений.

Ликвидировать перечисленные недостатки стало возможным благодаря построению системы обучения (в том числе - программы курса) на основе принци- • пов и подхода, описанных во второй главе.

В результате опытно-поисковой работы на втором этапе педагогического эксперимента была создана программа курса «Вычислительная физика» и разработаны методические рекомендации по ее использованию. Методика получила одобрение у 86% преподавателей физики и информатики, ознакомившихся с ней.

Для более детального, но, в то же время, комплексного оценивания влияния методической системы на качество образования нужно было выбрать систему критериев, которые в совокупности позволяли бы характеризовать успешность учебного процесса. Исходили из следующего положения - объективная оценка качества образовательной системы возможна только на основе ком-

бинации методов: мониторинг, диагностика, эксперимент. Поэтому, в качестве критериев были выбраны:

I. Позитивное влияние предлагаемого подхода, оцениваемое по двум аспектам:

А). На уровень овладения методологией вычислительной физики.

Вводится четырехуровневая оценка практических знаний и умений:

1). Знает, умеет (владеет) - 1,0 (обходится без преподавателя); 2). Частично знает, умеет - 0,8 (не требует принципиальных содержательных подсказок); 3). Частично знает, умеет - 0,5 (требует принципиальных содержательных подсказок); 4). Справляется при постоянном участии преподавателя - 0,2.

Работа над каждым проектом оценивается как сумма успешности выполнения этапов исследования: К, = . Общая оценка - есть ранжированная сумма

!

оценок за систему проектов К = • Kt, где а, - коэффициент сложности проекта.

I

Б). На общий уровень освоения предметных знаний при обучении физике.

1). По результатам комплексных контрольных работ [Предметно-информационная составляющая].

2). По оценке результатов защиты (представления) проектов [Деятельно-стно-коммуникативная составляющая]: обоснование актуальности темы, высказывание своей точки зрения (уровень знания); объяснение выбора плана представления, его логичности (уровень понимания); стиль речи, участие в диалоге (уровень применения); композиция текста, аргументированность ответов (уровень анализа); оценка разных подходов к проблеме, самооценка (уровень синтеза и оценки).

Использовалась карта-анкета, заполняемая преподавателем (учителем).

П. Положительная динамика проявления познавательных интересов у обучаемых. Этот параметр, на наш взгляд, характеризует способность и возможность для самовыражения (самореализации) в рамках и средствами предмета. Он отслеживался по следующим позициям: а). Активизация учебно-познавательной деятельности; б). Усиление интереса к решению исследовательских проектов (и расширение их содержания); в). Участие студентов и школьников в творческих конференциях, конкурсах и олимпиадах, «Днях науки».

III. Положительная динамика:

а). Интереса к освоению методологии вычислительной физики и стремления к ее использованию в педагогической практике у учителей физики и студентов (на педагогической практике);

б). Уровня профессиональной компетентности учителей физики.

Последние два критерия оценивались на основе анкетирования обучаемых

и обучающих, наблюдения за учебным процессом, по результатам работы автора и его коллег на курсах по программе Intel «Обучение для будущего».

На поисковом этапе было подтверждено положительное влияние разработанной методической системы на эффективность проведения учебно-воспитательного процесса при обучении физике и опробованы критерии проверки ее эффективности. Также было подготовлено все необходимое учебно-методическое обеспечение для организации и проведения формирующего этапа педаго-

гического эксперимента, главной целью которого было получение достоверных сведений, подтверждающих (или опровергающих) теоретические построения и предварительные результаты. Проверку планировали осуществить путем сравнения данных, полученных при обучении студентов экспериментальных групп по разработанной методике (курс «Вычислительная физика») и обучении студентов контрольных групп по традиционной методике, под которой понимали существующие в учебных планах подготовки учителя физики курсы компьютерного моделирования.

Формирующий педагогический эксперимент представлял собой по существу совокупность трех независимых экспериментальных исследований. Первое проводилось на базе физико-математических факультетов Н11СПА и ШГПИ в течение пяти лет (основной поток). Второе - на базе физических факультетов УрГПУ и ГТПИ и радиофизического факультета УГТУ-УПИ с 2002 по 2004 годы (дополнительный поток). Третье проводилось с учащимися и учителями шести общеобразовательных школ и колледжей города Нижнего Тагила, где были опробованы факультативные и элективные курсы по ознакомлению учащихся с основами вычислительной физики.

Приведем главные результаты. В основном потоке обучение по предложенной методике проводилось со студентами-физиками третьего (второй семестр) и четвертого (первый семестр) курсов НТГСПА (экспериментальные группы) и ШГПИ (контрольные группы). Каждый год в каждом из вузов в эксперименте было задействовано по две группы, данные приведены в таблице 2. Педагогическая нагрузка была выделена за счет курсов по выбору студента, устанавливаемых вузом.

Таблица 2. Численный состав основного потока

Число студентов

1 год 2 год 3 год 4 год 5 год В потоке Общее

Экспер. группы 48 50 47 51 45 241 490

Контр, группы 52 51 50 49 47 249

Для определения степени развития предметно-информационной составляющей образованности (уровень обученности) использовали результаты проведения однотипных контрольных работ и (или) письменных тестов. После изучения и опробования ряда методик, мы пришли к выводу, что, они дают максимально объективную информацию и, кроме того, такая форма контроля результатов обучения является общепринятой и не приводит к дополнительным затратам учебного времени.

Все участники эксперимента по результатам испытаний были распределены на четыре группы: первая - достигшие отличного уровня по результатам обучения, вторая - хорошего, третья - удовлетворительного и четвертая - неудовлетворительного (низкого). Для сопоставления результатов полученных в экспериментальных и контрольных группах, т.е. двух статистически независимых выборках, использовался стандартный статистический метод Пирсона при достоверности 95%. Количество дифференцируемых уровней успешности равно четырем, следовательно, число степеней свободы V = 3. Соответствую-

щее критическое значение критерия у? составляет для уровня значимости р<0,05 (х2)щ = 7,81. Расчет значения (х2)э1сс1, осуществлялся по стандартной схеме: у? = - Гц)2 где и & - процентное количество участников, достигших определенного уровня в экспериментальных и контрольных группах соответственно. Результаты расчетов экспериментальных значений критерия Пирсона (%2)эип представлены в таблице 3.

Таблица 3. Оценка сформированносш предметно-информационной составляющ^

и fi fe(%) fk(%) fe-fk (U-bf (fe-fk)Vfk

Низкий 16 29 6,64 11,65 -5,01 25,10 2,15

Удовлетворит. 54 77 22,40 30,92 -8,52 72,59 2,35

Хороший 125 118 51,87 47,39 4,48 20,07 0,42

Отличный 46 25 19,09 10,04 9,05 81,90 8,16

ВСЕГО 241 249 100% 100% 0 •¿= 13,08

Сопоставление значений (Х2)ч> и (х2)яюв позволяет с достоверностью 95% утверждать, что различия в уровнях усвоения знаний между студентами контрольных и экспериментальных групп обусловлены не случайными факторами, а носят закономерный характер. Уровень сформированное™ предметно-информационной составляющей образования в экспериментальном потоке оказался выше, чем в контрольном, что следует объяснить использованием в экспериментальных группах разработанной нами методики.

Коммуникативные умения формируются у обучаемых в процессе учебной деятельности и должны оцениваться как компонент результата образования -деятельностно-коммуникативная составляющая образованности выпускника. Исходя из оценки показателей данного критерия, составлялась карта-анкета, заполняемая на каждом контрольном срезе экспертным советом, в который входили преподаватели (учителя) дисциплин естественнонаучного цикла, работающие в экспериментальных и контрольных группах (классах). Первый срез проводился при включении группы в эксперимент, а последний - по окончании этапа. Сводные результаты для студентов основного потока представлены в таблице 4.

Таблица 4. Сформированное^ деятельностно-коммуникативной составляющей

Число студентов Уровень сформированное™

Входной контроль Выходной контроль

Экспер. группы 241 45,4 % 74,6%

Контр, группы 249 46,8% 54,8 %

Данные подтверждают позитивное влияние предлагаемого подхода на общий уровень освоения предметных знаний при подготовке будущих учителей физики. Сравнивать уровни овладения методологией вычислительной физики для студентов экспериментальных и контрольных групп представлялось не вполне корректным. Однако в этой связи следует констатировать более ярко выраженную положительную динамику активизации самостоятельной исследовательской деятельности и повышение интереса к решению нетрадиционных задач с использованием компьютера для студентов экспериментального потока.

В 2002 году в эксперимент были включены дополнительно студенты третьих и четвертых курсов физических факультетов УрГПУ и ГГПИ (по одной группе каждый год в течение трех лет проведения эксперимента). Эти студенты составляли контрольные группы. В качестве экспериментальных групп выступали студенты третьего курса радиофизического факультета УГТУ-УПИ. Общая численность участников эксперимента равнялась 335 человек. Методика проведения эксперимента и критерии, используемые для оценки качества образования, оставались неизменными. Качественно был получен тот же результат.

Не маловажной при поведении экспериментального исследования мы счи- (

тали возможность оценить влияние результатов ознакомления учащихся с доступными для них основами методологии вычислительной физики. В диссертации приводятся данные по итогам педагогического эксперимента в общеобразовательных школах, которые подтвердили плодотворность разработанного . подхода к обучению физике.

В целом по материалам, представленным в четвертой главе, можно сделать вывод: педагогический эксперимент, проведенный на широкой экспериментальной базе, подтвердил эффективность разработанной методической системы и позволил оценить ее положительное влияние на развитие предметно-информационной и деятельностно-коммуникативной составляющих образованности будущих учителей физики и учащихся общеобразовательных школ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие методологии физического познания на основе математического моделирования физических объектов и процессов с последующим изучением моделей в вычислительном эксперименте привело к формированию в физике третьего фундаментального раздела - вычислительной физике.

По-видимому, на сегодняшний день мы еще не можем в полной мере оценить ее значение. В то время как в теоретической и экспериментальной физике столетиями развивались и стандартизировались методы постановки задач, в вычислительной физике все еще до конца не ясно, как следует ставить и решать конкретные физические задачи. Сам предмет настолько молод и мало опробован, что, очевидно, существует много методов и путей использования компьютеров, которые могут в значительной степени расширить наше понимание окружающего мйра.

В то же время, результаты проведенного исследования со всей очевидно- ►

стью показывают, что дисциплина «Вычислительная физика» уже сегодня должна занять соответствующее место в учебном процессе подготовки будущих учителей физики.

Педагогическая логика определения содержания учебного предмета руко- •

водствуется логикой развития основных категорий и понятий данной науки. В связи с этим приходится констатировать, что на процессе формирования вычислительной физики как учебной дисциплины сказывается чрезвычайно малая временная дистанция (в историческом аспекте) между возникновением ее как самостоятельного раздела науки и необходимостью включения ее основ в практику подготовки будущих учителей.

Проблема также и в том, что даже целесообразность введения отдельного предмета «вычислительная физика» не является общепризнанной. Для разрешения этой проблемы, в конечном итоге, нужно ответить на следующий вопрос: «Чего в новом общеобразовательном знании больше - того, что должно составить отдельный учебный предмет для подготовки будущего учителя физики, или того, что может (или должно) быть рассредоточено и неразрывно связано с содержанием и технологией изучения других общепризнанных дисциплин: курсов общей и теоретической физики! методики обучения физике, информатики, математики и др.?»

Исследование показало, что методологии вычислительной физики нужно обучать студентов специально. Сочетание фундаментальных знаний, которые получают студенты при изучении курсов математики, информатики, методики обучения физике, экспериментальной и теоретической физики, со знаниями из области вычислительной физики, приведет к повышению уровня интеллектуального развития, профессиональной компетентности будущих учителей и, следовательно, более качественной подготовке специалистов.

Наблюдение за работой школ и практикой преподавания физики в педагогических вузах показывает, что желание студентов и школьников изучать нетрадиционный учебный материал с использованием ПК значительно опережает результаты деятельности преподавателей и учителей по применению инновационных технологий. В этой связи обучение основам вычислительной физики составляет важный резерв решения проблемы модернизации общего и профессионального физического образования.

Приступая к настоящему исследованию, мы ставили перед собой цель -построить и обосновать модель методической системы фундаментальной подготовки будущих учителей физики в области вычислительной физики и разработать на основе построенной концепции конкретные рекомендации по ее практической реализации. Разработанная модель носит опережающий характер, рассчитана не только на сегодняшний день, но и на перспективу. Она представляет собой открытую систему, доступную для корректировки с учетом развития науки и изменения социального заказа.

В рамках поставленных задач выполненное диссертационное исследование можно считать законченным. Оно может быть использовано как концептуальное для дальнейшего совершенствования методической системы подготовки будущих учителей физики и ее практической реализации.

ПУБЛИКАЦИИ

Библиографический список научных и учебно-методических трудов автора составляет 95 работ, в том числе 87 по теме диссертационного исследования. Основные результаты работы отражены в следующих публикациях.

Монографии и учебно-методические работы

1. Попов С.Е. Методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики: Монография. - Нижний Тагил: НТГСПА, 2005. - 227 с.

(14.75 п.л.)

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА | С. Петербург ,

оа мо шт ;

^ .1 * Г

2. Попов С.Е., Поршнев C.B. Компьютерное моделирование: Учебная программа курса для студентов специальности «030200 - физика». - Нижний Тагил: НТГПИ, 2001. - 9 с. (0.58/0.38 пл.)

3. Попов С.Е. ФИЗИКА: Методические указания по организации самостоятельной работы студентов. - Нижний Тагил: НТГПИ, 2002. - 32 с. (4.2 п.л.)

4. Попов С.Е., Колесников Н.И. Вводный измерительный практикум: Учебное пособие для студентов специальности «030200 - физика». - Нижний Тагил: НТГПИ, 2002. - 36 с. (2.5/2.0 п.л.)

5. Попов С.Е. Вычислительная физика: Учебная программа курса для на- • правления «540200 - физико-математическое образование». - Нижний Тагил: НТГСПА, 2003. - 8 с. (0.5 пл.)

6. Попов С.Е. Вычислительная физика: Методические рекомендации по проведению лабораторных работ. - Нижний Тагил: НТГСПА, 2004. - 24 с. (1.4 пл.) ■

Научные статьи в журналах и трудах Международных конференций

7. Попов С.Е., Колесников Н.И., Фискинд Е.Э. Экспериментальное изучение функции распределения термоэлектронов // Проблемы учебного физического эксперимента. Вып. 7. - Глазов: ГТПИ, 1998. - С. 67 - 70. (0.3/0.2 пл.)

8. Попов С.Е., Фискинд Е.Э. Опыт реализации интегративного подхода при изучении общей и теоретической физики // Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ. - М.: МПГУ, 1999. - С. 25. (0.1/0.05 пл.)

9. Попов С.Е., Яблочков Е.Ю. Установка для изучения распределения частиц в поле силы тяжести // Учебная физика. -1999. - № 3. - С. 28 - 31. (0.25/0.15 пл.)

10. Попов С.Е. Методика изучения распределений Максвелла и Больцмана на базе пакета MathCAD // Информационные технологии в учебном процессе кафедр физики и математики. - Ульяновск: УлГТУ, 1999. - С. 39 - 41. (0.25 пл.)

11. Попов С.Е., Фискинд Е.Э. Об интегративном курсе молекулярной физики, статистической физики и термодинамики в педвузе // Преподавание физики в высшей школе. - 1999. - № 16. - С. 12 - 14. (0.25/0.15)

12. Попов С.Е., Колесников Н.И. К вопросу о демонстрации распределения частиц во внешнем поле // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 9. - Глазов: ГГПИ, 1999. - С. 77 - 78. (0.2/0.15 пл.)

13. Попов С.Е. Подготовка учителя физики и теория тепловых явлений // Физическое образование в XXI веке: Тезисы докладов Съезда российских физиков-преподавателей. - М.: МГУ, 2000. - С. 370. (0.15 пл.) »

14. Попов С.Е., Прилепин B.C. О возможностях пакета MathCAD при анализе классических распределений // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 10. - Глазов: ГГПИ, 2000. - С. 119 -122. (0.3/0.2 п.л.)

15. Попов С.Е. Модель построения процесса обучения конкретному разделу * курса физики // Модели и моделирование в методике обучения физике. -Киров: ВГПУ, 2000. - С. 32 - 33. (0.2 пл.)

16. Попов С.Е., Поршнев C.B., Потоскуев С.Э. Использование новых информационных технологий для изучения фундаментальных физических моделей // Модели и моделирование в методике обучения физике. - Киров: ВГПУ, 2000. - С. 47 - 48. (0.2/0.1 п.л.)

17. Попов С.Е., Поршнев C.B., Потоскуев С.Э. Учебно-методическое обеспечение образовательного процесса подготовки педагогических кадров в области информационных технологий // Информационные технологии в общеобразовательной школе. - Новосибирск: Изд. Центр ИВТ СО РАН, 2000. - С. 306 - 318. (0.54/0.21 п.л.)

18. Попов С.Е. Использование пакета MathCAD для обработки экспериментальных данных // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 12. - М.: ИОСО РАО, 2001. - С. 68 - 70. (0.2 пл.)

19. Попов С.Е. Роль истории и методологии науки в обосновании выбора содержания и принципов изложения материала при изучении теории тепловых явлений // Повышение эффективности подготовки учителей физики,

w информатики и технологии в условиях новой образовательной парадигмы.

- Екатеринбург: УрГПУ, 2001. - С. 108 - 109. (0.25 п.л.)

20. Попов С.Е., Поршнев C.B., Потоскуев С.Э. Информационные технологии в преподавании физики на примере курса физики для специальности информатика // Народное образование в XXI веке. Вып. 6. - М.: МПУ, 2001. - С. 8 -10. (0.15/0.05 пл.)

21. Попов С.Е. История и методология науки как факторы обоснования содержания и принципа изложения материала при изучении теории тепловых явлений // Проблемы интеграции естественнонаучных дисциплин в высшем педагогическом образовании. - Нижний Новгород: Hl НУ, 2001. - С. 22 - 23. (0.25 пл.)

22. Попов С.Е., Колесников Н.И. Учебное исследование энергетического спектра фотоэлектронов // Учебный эксперимент в высшей школе. - 2001. - № 2.-С. 19-26. (0.4/0.3 пл.)

23. Попов С.Е., Виноградов Д.В., Поршнев C.B. Методика использования компьютера при изучении процесса релаксации в макросистемах // Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ. - М.: Mill У, 2002. - С. 128. (0.1/0.05 пл.)

24. Попов С.Е., Поршнев C.B. Место компьютерных технологий в подготовке учителя физики // Менеджмент, маркетинг, информатизация образования: теория и практика. - Оренбург: ОПТУ, 2002. - С. 138 - 141. (0.2/0.1 п.л.)

25. Попов С.Е., Поршнев C.B., Потоскуев С.Э. Содержание и принципы по-

V строения курса «Физика» для специальности «Информатика» в педагоги-

ческих вузах // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях. - Екатеринбург УрГПУ, 2002. - С. 5 - 8. (0.2/0.1 пл.)

* 26. Попов С.Е., Поршнев C.B., Потоскуев С.Э. О принципах построения и со-

держании программы курса «Физика» для специальности «Информатика» в педагогических вузах // Физическое образование в вузах. - 2002. - Т. 8. -№ 1. - С. 112 - 125. (0.85/0.6 пл.)

27. Попов С.Е., Поршнев C.B. О необходимости включения дисциплины «Вычислительная физика» в систему подготовки учителя физики // Проблемы информатизации образования. -М.: МГОПУ, 2003. - С. 79 - 81. (0.25/0.15 пл.)

28. Виноградов Д.В., Попов С.Е., Поршнев C.B. Фундаментализация физического образования в информационном обществе // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в условиях модернизации Российского образования. - Екатеринбург: УрГПУ, 2003. - С. 55 - 59. (0.27/0.1 п. л.)

29. Попов С.Е. Вычислительная физика - миф или реальность // Ученые записки НТГСПА. Естественные науки. - Нижний Тагил: НГГСПА, 2003. - С. 133 - 138. (0.65 пл.)

30. Попов С.Е. Формирование представлений о современной методологии познания в физике // Методология и методика формирования научных понятий учащихся школ и студентов Вузов. - Челябинск ЧГТТУ, 2003. - С. 27 - 30. (0.25 пл.)

31. Попов С.Е. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент в системе подготовки учителя физики // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в условиях модернизации Российского образования. - Екатеринбург: УрГПУ, 2003. - С. 131 -134. (0.22 пл.)

32. Виноградов Д.В., Полов С.Е., Поршнев C.B. Физическое образование в информационном обществе // Физика в системе современного образования (ФССО-ОЗ). - СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - Т. 2. - С. 134 - 137. (0.27/0.15 пл.)

33. Попов С.Е. Методология вычислительной физики в системе подготовки учителя // Физика в системе современного образования (ФССО-ОЗ). -СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - Т. 2. - С. 192 - 195. (0.25 пл.)

34. Попов С.Е. О терминологии и содержании дисциплины «Вычислительная физика» // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях. - Екатеринбург УрГПУ, 2004. - С. 133 - 137. (0.27 пл.)

35. Кондратьев А.С., Попов С.Е. «Вычислительная физика» - к вопросу об адекватности терминологии // Физика в школе и ВУЗе: Международный сборник научных статей. - СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2004. - С. 285 - 287. (0.2/0.15 пл.)

36. Попов С.Е. Вычислительный эксперимент в методике обучения физике // Модели и моделирование в методике обучения физике. - Киров: ВГТТУ, 2004.-С. 28-31. (0.22пл.)

37. Попов С.Е. «Вычислительная физика» - к вопросу о содержании дисциплины // Физика в школе и ВУЗе. Выпуск 1. - СПб.: БАН, 2004. - С. 194 - 198. (0.25 пл.)

38. Попов С.Е. Особенности численного моделирования физических процессов // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики. - Екатеринбург: УрГПУ, 2005. - С. 97 - 99. (0.25 пл.)

39. Попов С.Е. К вопросу о технологии исследования объектов в вычислительной физике // Физика в системе современного образования (ФССО-05). - СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2005. - С. 604 - 606. (0.22 пл.)

40. Попов С.Е. Исследование объектов в вычислительной физике // Проблемы учебного физического эксперимента. Выпуск 22. - М.: ИСМО РАО, 2005. -С. 115-117. (0.32 пл.)

41. Попов С.Е. Инновации в современном физическом педагогическом образовании: «Вычислительная физика» // ИННОВАЦИИ. - 2005. - № 1(78). -С. 27-31. (0.58 п.л.)

42. Попов С.Е. Концептуальные проблемы системы подготовки учителя физики: Вычислительная физика // Физическое образование в вузах. - 2005. - Т. 11. - № 3. - С. 68 - 79. (0.85 п.л.)

Статьи в научных и методических сборниках

43. Попов С.Е. Использование персонального компьютера при изучении волновых свойств света // Преподавание физики в школе: состояние, проблемы, перспективы. - Нижний Новгород: НГПУ, 1993. - С. 50 - 51. (0.1 п.л.)

44. Попов С.Е. Уроки физики в компьютерном классе // Проблемы гуманизации естественнонаучного образования. - Нижний Новгород: НГПУ, 1996. -С. 134-135. (0.12 п.л.)

45. Попов С.Е. Применение электронной эмиссии и вычислительного эксперимента для изучения статистических закономерностей // Информационные технологии и электроника. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1998. - С. 74 - 75. (0.15 пл.)

46. Попов С.Е., Фискинд Е.Э. Опыт реализации интегративного подхода при изучении общей и теоретической физики // Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ. - М.: МПГУ, 1999. - С. 25. (0.06/0.04 п.л.)

47. Попов С.Е., Поршнев C.B., Потоскуев С.Э. Разработка элементов новой информационной технологии для изучения фундаментальных физических моделей: к постановке проблемы // Школа и вуз: достижения и проблемы непрерывного физического образования. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. - С. 60 - 61. (0.12/0.06 пл.)

48. Попов С.Е., Потоскуев С.Э., Поршнев C.B. О преподавании физики студентам специальности «Информатика» II Образование и наука: проблемы и перспективы развития. - СПб.: СПбГТУ, 2001. - С. 166 - 167. (0.12/0.06 п.л.)

49. Попов С.Е. Понятие «энтропия» и его роль в формировании современного естественнонаучного мировоззрения // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов. - Челябинск-ЧГПУ, 2001. - С. 12 -14. (0.15 пл.)

50. Попов С.Е., Поршнев C.B. Методологические аспекты использования компьютера при подготовке учителя физики // Методологические аспекты в профессиональной подготовке учителя физики. - Нижний Тагил: НТГПИ, 2001. - С. 66 - 68. (0.15/0.1 пл.)

51. Виноградов Д.В., Попов С.Е., Поршнев C.B. Моделирование поведения статистической системы в процессе релаксации и состоянии равновесия //Наука. Техника. Инновации. - Новосибирск: НГТУ, 2001. - С. 4 - 5. (0.15/0.07 п.л.)

Подписано в печать 21.02.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная (на ризографе). Усл. печ. л. 2,31. Уч.-изд. л. 2,2. Тираж 100 экз. Заказ № 15. Оригинал-макет изготовлен в РИО НТГСПА. Отдел издательских и множительных систем НТГСПА. Адрес: 622031, г. Нижний Тагил, ул. Красногвардейская, 57.

ь

V

\

Í *

¿006b ff<P9

№-8889

Содержание диссертации автор научной статьи: доктора педагогических наук, Попов, Семен Евгеньевич, 2006 год

Введение.

Глава 1. Логико-методологические основы обучения вычислительной физике в системе физического педагогического образования.

1.1. Историко-гносеологический анализ становления вычисли

4 тельной физики как фундаментального раздела науки. щ 1.1.1. Развитие научного метода познания.

1.1.2. Формирование вычислительной физики как научной дисциплины.

1.1.3. К вопросу о терминологии.

1.1.4. Предмет и метод вычислительной физики.

1.2. О дополнительности теоретической, экспериментальной и вычислительной физики.

1.2.1. Теория. Эксперимент. Численное моделирование.

1.2.2. Об аналитике и алгоритмике.

1.3. Методология вычислительной физики как базовый компонент системы подготовки учителя.

1.3.1. Концепция поэтапной технологии исследования объектов в вычислительной физике.

1.3.2. Компьютеры в обучении физике и вычислительная физика.

1.3.3. Вычислительная физика как учебная дисциплина.

Глава 2. Проектирование и конструирование теоретической модели методической системы обучения в области вычислительной физики.

2.1. Проблема построения учебной дисциплины как предмет педагогического исследования.

2.1.1. Цели обучения как системообразующий фактор конструирования содержания дисциплины. ф 2.1.2. Модели развивающего образования в теории и методике обучения.

2.1.3. Методические подходы к реализации личностно-развивающего обучения физике.

2.1.4. Концепция «Образование как учебная модель науки» . 148 2.2. Цель и принципы отбора содержания обучения щ, вычислительной физике.

2.3. Основные линии содержания.

2.3.1. Основы компьютерного математического моделирования реальных систем и процессов.

2.3.2. Построение дискретных моделей.

2.3.3. Вычислительный эксперимент.

2.4. Модульная структура дисциплины «Вычислительная физика»

Глава 3. Технология реализации содержания образования в педагогическую практику подготовки учителя физики.

3.1. Метод исследовательских проектов как основа обучения дисциплине.

3.2. Поэтапная технология исследовательской деятельности на примере изучения явления самоорганизации (ячейки Бенара).

3.3. Компьютерные средства обучения.

3.4. Организационные формы обучения вычислительной физике

Глава 4. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента.

4.1. Организация опытно-экспериментальной работы.

4.2. Констатирующий и поисковый эксперимент.

4.3. Анализ результатов формирующего этапа педагогического эксперимента.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Вычислительная физика в системе фундаментальной подготовки учителя физики"

Перешагнув порог третьего тысячелетия, мы являемся свидетелями и непосредственными участниками становления общества нового типа, называемого постиндустриальным или информационным. Динамизм социально-экономических явлений, информационный взрыв, компьютеризация, ускорение научно-технического прогресса и т.д. приводят к необходимости непрерывного повышения уровня квалификации практически для каждого деятельного члена общества, естественным образом влияют на сферу науки и образования.

Сложные системы и реальные процессы, изучаемые современной наукой (физические, биологические, технологические, экономические, социальные и др.) в нужной полноте и точности уже не поддаются исследованию классическими теоретическими (аналитическими) или простыми экспериментальными (натурными) методами, необходима новая надежная система мер получения и переработки различных видов информации в точные знания. Теория и эксперимент - фундаментальные методы познания явлений реальной действительности, однако, в современных условиях в связи с широким распространением персональных компьютеров, разработкой объектно-ориентированного программного обеспечения математическое моделирование и вычислительный эксперимент также превратились в универсальную системную методологию познания, в основной метод быстрого и эффективного научного исследования во всех областях человеческой деятельности. Такой подход широко внедряется не только при решении проблем в «сильных» (с точки зрения формальной логики) науках (физика, химия, отчасти биология), но и в таких как педагогика, психология, история и других. Именно поэтому он является неизбежной составляющей научно-технического прогресса, а овладение соответствующей методологией следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного образования, жизненно важного умения, как базу для самоопределения и самореализации личности в современном обществе.

Последнее обстоятельство особенно актуально при проектировании педагогического процесса в области фундаментальной подготовки студентов физических специальностей. Современная физика, являясь частью общечеловеческой культуры, характеризует интеллектуальный уровень развития общества, степень понимания основ мироздания. Среди других наук физика по-прежнему сохраняет роль лидера естествознания, определяя стиль и уровень научного мышления. Именно физика наиболее полно демонстрирует способность человека к анализу возникающих ситуаций, введению языка для описания их качественных и количественных аспектов, доведению уровня понимания до возможности теоретического предсказания характера и результатов их развития во времени.

Основные тенденции развития теории и методики обучения физике связаны с внутренней логикой развития физики как науки, расширением и углублением ее знаниевого потенциала, совершенствованием методологии проведения исследований. Генеральные направления развития физики представляют собой изучение нелинейных явлений природы, исследование совместного поведения систем многих частиц (тел), поиски универсальной картины взаимодействий.

Разработка методологии физического познания на основе математического моделирования с последующим изучением модели в вычислительном эксперименте привела к формированию третьего фундаментального раздела в физике -вычислительной физике (наряду с экспериментальной и теоретической). В настоящее время можно с уверенностью констатировать - объект в физических исследованиях остался тем же, а предмет изучения с внедрением вычислительной техники - изменился. Концепция новой дисциплины не инструментальная, а идеологическая (методологическая). Вычислительная физика представляет собой самостоятельную научную (и учебную) дисциплину со своим предметом изучения, решаемыми задачами, методологией постановки и проведения исследований.

Согласно современной концепции образования, необходим переход от устаревшего «справочного» знания к образованию, являющемуся «учебной моделью науки», ориентированному на самостоятельную исследовательскую деятельность студентов и отражающему динамику научно-технического прогресса. В этом смысле «вычислительную физику» следует рассматривать не как частный технократический прием, а как один из основных инструментов современных физических исследований, как обязательный элемент системы фундаментальной подготовки учителя физики.

С внедрением персонального компьютера в систему образования связывают возможность повышения научного уровня курсов физики и усиление методологического компонента в обучении. Использование электронно-вычислительной техники в учебном процессе позволяет по-новому проводить отбор изучаемого материала на всех уровнях обучения, исходя исключительно из соображений научной и профессиональной целесообразности, а не доступности соответствующих математических средств, позволяет добиваться более глубокого понимания физики, ее общих методологических принципов.

Физика - единственная наука, в которой создана система моделей (именно система - объектов, взаимодействий, процессов, явлений), чего пока нет в других науках. Поэтому вопросы обучения методам построения и исследования моделей реальных явлений и оценки условий их справедливости, с одной стороны, а также вопросы развития научного мышления и физического понимания обучаемых в процессе этой деятельности, с другой, являются объектом пристального внимания и изучения в современной теории обучения физике, но на сегодняшний день не решены.

В настоящее время ведется работа над проектом ГОС ВПО третьего поколения, и признание за вычислительными, компьютерными методами в обучении физике такого же статуса, как у классических методов теоретической или экспериментальной физики, приведет к существенной корректировке построения всего учебного процесса. Включение в понятие «профессиональная компетентность учителя физики» овладение навыками использования новых информационных (компьютерных, вычислительных) технологий (НИТ) является одним из кардинальных путей решения проблемы повышения эффективности подготовки будущего учителя, привития ему элементов «нелинейной культуры», более успешной социальной и профессиональной адаптации. Важно отметить, что современная концепция профильного обучения в системе среднего образования предполагает развитие специализаций на базе основных профилей вариативной школы, что, в свою очередь, приводит к необходимости расширения объема знаний и методологической оснащенности будущего учителя.

Вместе с тем, анализ обширной научной и учебно-методической литературы по использованию вычислительной техники в учебном процессе, анализ учебных планов и организации образовательного процесса в области фундаментальной подготовки студентов физических специальностей педвузов, материалы Государственного образовательного стандарта, позволяют выявить явное противоречие между тем значением, которое имеет методология вычислительной физики в науке и дидактике физики, и неразработанностью теоретической концепции вычислительной физики как учебной дисциплины, отсутствием обоснованной методической системы подготовки будущих учителей в данной области знаний. Решение этой проблемы и составляет основное содержание работы. Все вышеизложенное указывает на актуальность проводимого исследования.

Объект исследования: педагогический процесс в области фундаментальной подготовки будущего учителя физики в условиях педвузов.

Предмет исследования: система знаний и методика обучения современной методологии познания, основанной на математическом моделировании физических объектов, процессов и систем и вычислительном эксперименте.

На основе поставленной проблемы, выделенных объекте и предмете исследования можно сформулировать цель исследования - разработать и теоретически обосновать модель методической системы учебной дисциплины «Вычислительная физика» и на ее основе построить конкретную методику обучения.

В основу исследования была положена гипотеза (концепция), представленная системой ведущих идей (концептуальных положений): уровень фундаментальной подготовки учителя физики будет в большей степени соответствовать современным требованиям, если:

- Считать, что становление, развитие и интенсивное расширение областей применения методологии вычислительной физики приводят к необходимости включения учебной дисциплины «вычислительная физика» в систему базовой подготовки учителя, обеспечивая диалектическое единство в обучении основополагающим методам физического познания. Данный аспект проблемы следует рассматривать не в узкопредметном плане, а в широком контексте модернизации общего и высшего профессионального физического образования.

- Проектирование и конструирование теоретической модели методической системы подготовки будущего учителя физики в области математического моделирования физических объектов и процессов и вычислительного эксперимента проводить с учетом базовых дидактических требований, предъявляемых к отбору содержания, методам, формам и средствам обучения, и направления на формирование у студентов потребностей и умений использовать полученные знания как методологическое, теоретическое и технологическое средство в познавательной и профессиональной деятельности, то есть рассматривать построение методической системы как научно-методическую проблему.

- Разработку содержания образования и построение процесса обучения осуществлять с учетом основных положений базовых психолого-педагогических концепций развивающего образования.

- Реализацию содержания образования в области вычислительной физики в педагогическую практику строить на основе технологического подхода и метода исследовательских проектов.

Эти концептуальные положения отражают по существу различные аспекты решения проблемы: социально-методологический, научно-методический (дидактический), психолого-педагогический и технологический.

Исходя из цели и гипотезы, были сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ научной, учебно-методической, психолого-педагогической и нормативной литературы по теме исследования и на этом основании сформировать концепцию педагогического исследования.

2. Провести историко-гносеологический анализ становления вычислительной физики как научной дисциплины, исследовать вопрос о взаимоотношении экспериментальной, теоретической и вычислительной физики.

3. Изучить вопрос о соотношении научной дисциплины и учебного предмета.

4. Выявить особенности использования компьютерных технологий при обучении физике в педагогическом вузе.

5. Проанализировать в контексте исследуемой проблемы основные направления развития общего и профессионального физического педагогического образования.

6. Рассмотреть базовые модели развивающего образования и методические подходы к их реализации в теории и методике обучения физике.

7. Сформулировать и теоретически обосновать цели обучения вычислительной физике и принципы отбора содержания дисциплины, выявить основные линии содержания и построить блочно-модульную структуру учебной дисциплины «вычислительная физика».

8. Исследовать вопрос о наиболее рациональных путях реализации содержания образования в области вычислительной физики в педагогическую практику подготовки учителя физики.

9. Апробировать, внедрить и проверить эффективность методической системы обучения вычислительной физике в ходе педагогического эксперимента.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют:

• труды по истории и методологии науки, развитию методологии физического познания (В.И. Арнольд, А.И. Ахиезер, В.И. Вернадский, В. Гейзенберг, B.JI. Гинзбург, J1. де Бройль, П.Л. Капица, Л.Д. Ландау, А. Пуанкаре, Р. Фейн-ман, Э. Ферми, В.А. Фок, А. Эйнштейн и др.);

• научные и научно-методические работы в области вычислительной физики (О.М. Белоцерковский, К. Биндер, Ч. Бэдсел, П.Н. Вабищевич, К. Жаблон, С. Кунин, С.П. Курдюмов, А. Ленгдон, И.В. Максимей, Г.Г. Малинецкий, Н.Н. Моисеев, Ф. Мун, Б. Олдер, Р. Пейре, Д. Поттер, П. Роуч, А.А. Самарский, Ж.К. Симон, А.Н. Тихонов, Д.В. Хеерман, Р. Шеннон и др);

• концепция модернизации отечественного образования (В.А. Болотов, В.В. Краевский, В.А. Кузнецова, В.В. Лаптев, B.C. Леднев, М.М. Поташник, В.А. Сластенин, А.П. Тряпицина, С.Е. Шишов, В.Е. Шукшунов и др.);

• теория формирования содержания образования и построения процесса обучения (Б.С. Гершунский, В.И. Гинецинский, В.И. Загвязинский, С.Е. Каме-нецкий, В.В. Краевский, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, Н.С. Пурышева, М.Н. Скат-кин и др.);

• психолого-педагогические теории развивающего образования и концепции личностно-ориентированного обучения (Е.В. Бондаревская, Л.С. Выготский, В.В. Давыдов, З.И. Калмыкова, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, Р.И. Малафеев, М.И. Махмутов, Л.С. Рубинштейн, В.В. Сериков, Н.Ф. Талызина, И.С. Якиманская и др.);

• теория проектирования и конструирования образовательных технологий (В.П. Беспалько, В.А. Бордовский, Я. Дитрих, Е.С. Заир-Бек, И.Я. Ланина, Д.Ш. Матрос, Е.С. Полат, В.Е. Радионов, И.В. Роберт, Г.К. Селевко, Б.Я. Советов, П.А. Юцявичене и др.);

• достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике в аспектах фундаментализации образования, усиления методологической направленности, интеграции и вариативности обучения (С.В. Бубликов, Г.М. Голин, В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зорина, В.А. Извозчиков, А.С. Кондратьев, И.Я. Ланина, В.В. Мултановский, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, А.Д. Суханов, А.В. Усова и др.);

• результаты научно-методических исследований по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (Г.А. Бордовский, Э.В. Бурсиан, Е.И. Бутиков, X. Гулд, В.А. Извозчиков,

А.С. Кондратьев, В.В. Лаптев, А.Н. Матвеев, С.В. Поршнев, А.А. Самарский, Я. Тобочник, А.И. Ходанович и др.);

• научно-методические работы по вопросам организации познавательной деятельности обучаемых, гуманизации и индивидуализации при обучении физике, развитию мышления и творческих способностей учащихся и студентов (Ю.К. Бабанский, В.И. Данильчук, Н.И. Зверева, А.С. Кондратьев, И.Я. .Панина, В.В. Майер, Н.С. Пурышева, В.Г. Разумовский, И. Унт, А.В. Усова, Т.Н. Шамало и др.);

• работы по проблемам организации и проведения научных исследований в педагогике (В.А. Бордовский, В.И. Журавлев, В.И. Загвязинский, В.В. Краев-ский, А.А. Кыверялг, A.M. Новиков, Г.И. Рузавин, М.Н. Скаткин и др.);

Источником диссертационного исследования явился также собственный опыт автора как учителя школы, преподавателя и исследователя научно-методических проблем в педагогическом вузе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялась совокупность теоретических и эмпирических методов исследования:

- Концептуальный и сравнительный анализ философской, научной, исторической, психолого-педагогической и методической литературы, относящейся к объекту и предмету исследования;

- Анализ государственных образовательных стандартов и учебных программ, учебных пособий и методических материалов для высших учебных заведений и школы;

- Наблюдение за процессом обучения и сопоставительный анализ основных процедур методической деятельности участников педагогического процесса (в том числе и личное участие автора);

- Изучение и обобщение передового опыта учителей и преподавателей вузов в аспекте использования компьютерных технологий в обучении;

- Проектирование и конструирование элементов методической системы;

- Моделирование структуры деятельности субъектов педагогического процесса при обучении основам вычислительной физики;

- Педагогический эксперимент и педагогическая практика (в том числе, с личным участием автора);

- Метод экспертных оценок;

- Методы математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента и педагогической практики.

Специфика исследования (проводилось в период с 1996 г. по 2005 г.) определило его общую логику:

1. От прямых наблюдений процесса обучения физике в педвузе с использованием компьютерных технологий к анализу содержания, методов и форм обучения.

2. Анализ литературы и передового опыта по использованию информационных технологий в обучении физике.

3. Формулировка гипотезы исследования и постановка основных задач.

4. Проектирование и конструирование модели методической системы обучения вычислительной физике как прообраза будущей педагогической деятельности по обучению дисциплине и ее применение для анализа логической структуры знаний и методов их освоения.

5. Разработка технологии реализации содержания обучения в педагогическую практику подготовки учителя физики.

6. Апробация и внедрение методики в ходе проведения формирующего этапа педагогического эксперимента.

7. Обобщение результатов опытно-экспериментальной работы и теоретических исследований, корректировка модели методической системы и выработка практических рекомендаций.

8. Оценка результативности проведенного исследования.

Обоснованность и достоверность результатов работы обеспечиваются:

- методологической основой исследования;

- соответствием комплекса используемых методов цели, предмету и задачам исследования;

- сочетанием теоретического анализа проблемы с практикой использования предлагаемого подхода;

- проведением длительного педагогического эксперимента, его повторяемостью и контролируемостью, широкой экспериментальной базой.

На защиту выносятся:

1. Теоретическое обоснование положения о необходимости и возможности в современных условиях подготовку учителя физики в области математического моделирования физических объектов, процессов и систем и вычислительного эксперимента осуществлять посредством введения в учебный процесс дисциплины «Вычислительная физика». Оно включает:

- результаты историко-гносеологического анализа формирования вычислительной физики как фундаментального раздела науки;

- обоснование несводимости и дополнительности традиционных дисциплин в базовой подготовке учителя физики и «Вычислительной физики»;

- результаты анализа о путях совершенствования существующих методик обучения физике на основе компьютерных технологий в традиционных учебных дисциплинах: курсах общей (экспериментальной) и теоретической физики и курсе методики обучения физике;

- обоснование адекватного терминологического и понятийного аппарата учебной дисциплины «Вычислительная физика».

2. Дидактическая модель-концепция учебной дисциплины «Вычислительная физика», которая включает:

- обоснование и формулировку целей обучения дисциплине;

- систему принципов отбора содержания и построения процесса обучения;

- обоснование совокупности основных содержательных линий обучения;

- обоснование структуры и содержательного наполнения поэтапной технологии исследовательской деятельности в вычислительной физике.

3. Методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики, которая включает: совокупность целей обучения; вариативный материал по основным линиям содержания обучения; систему исследовательских проектов и технологию их реализации; описание форм и средств обучения дисциплине, процедуры контрольно-оценочной деятельности.

Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:

1. В отличие от всех других работ, касающихся данной проблематики, на широком историческом и физическом материале проведен комплексный гносеологический анализ формирования вычислительной физики как фундаментального раздела науки, показано, что вычислительная физика явилась закономерным результатом развития методологии физического познания для эффективного решения сложных физических и технологических проблем, а вычислительный эксперимент является общефизическим методом; выявлены и описаны основные исторические этапы становления вычислительной физики; выявлены структурные и функциональные особенности основополагающих методов проведения физических исследований; показана несводимость и дополнительность численного моделирования, физического эксперимента и теоретического анализа.

2. В отличие от работ, в которых численное моделирование физических явлений предлагается включать как составную часть в курсы общей или теоретической физики, в настоящем исследовании обоснована необходимость подготовки учителя физики в области математического моделирования физических объектов и процессов и вычислительного эксперимента в рамках самостоятельной учебной дисциплины «Вычислительная физика», установлено, что распределение ее содержания по различным дисциплинам исключает возможность адекватно сформировать основные понятия вычислительной физики и полноценно раскрыть сущность методологии вычислительного эксперимента, а тем более, привить прочные навыки ее применения в исследованиях и обучении; установлен адекватный терминологический и понятийный аппарат дисциплины; определены направления совершенствования существующих методик обучения физике на основе компьютерных технологий в классических учебных дисциплинах.

3. В отличие от эмпирико-интуитивиого подхода, в проведенном исследовании сконструирована модель-концепция учебной дисциплины «Вычислительная физика» как целостная, динамическая, развивающаяся, методическая система, направленная как на освоение предметной составляющей, так и на повышение качества деятельностно-коммуникативной составляющей образования:

- в соответствии с современными требованиями к уровню подготовки учителя физики обоснованы и сформулированы цели обучения дисциплине;

- обоснована и сформулирована система принципов, на которых должны основываться отбор содержания образования и осуществляться построение процесса обучения дисциплине;

- определены основные линии содержания обучения;

- установлено, что доминирующей технологией реализации образования в педагогическую практику должна стать технология исследовательской деятельности, реализующая принцип учебного познания как исследования;

- разработана и обоснована структура поэтапной технологии исследовательской деятельности в учебной вычислительной физике.

4. На основе сконструированной дидактической модели построена методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики, которая включает:

- примерное наполнение предметного содержания по основным содержательным линиям: основы математического моделирования физических объектов и процессов, в котором кроме понятийного аппарата содержатся оригинальные рабочие классификации математических моделей; построение дискретных (численных и имитационных компьютерных) моделей; основы вычислительного эксперимента;

- систему исследовательских проектов, реализуемую на основе поэтапной технологии;

- описание форм и средств обучения, процедуры контрольно-оценочной деятельности.

Теоретическая значимость работы состоит: во всестороннем исследовании и построении теоретических основ проектирования и конструирования процесса подготовки будущего учителя физики в области вычислительной физики в педагогическом вузе; разработке современной методической системы обучения в данной области знаний, которая включает: совокупность целей обучения, вариативное содержание образования и технологию его реализации в педагогическую практику.

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в том, что результаты теоретических изысканий доведены до уровня конкретных методических рекомендаций и могут быть использованы в практике общеобразовательных школ, педагогических и технических вузов:

- разработан и внедрен в учебный процесс учебно-методический комплекс «Вычислительная физика», который содержит: учебную программу, курс лекционных и практических занятий, систему лабораторных работ, методические рекомендации и задания для самостоятельной работы студентов;

- разработаны и внедрены в практику ряда школ г. Нижнего Тагила и Уральского региона элективные курсы и факультативы по основам вычислительной физики;

- по результатам проведенного исследования опубликована монография «Методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики», материалы которой могут быть использованы в педагогической практике.

Апробация и внедрение результатов работы осуществлялись в процессе:

• выступлений и обсуждения материалов на Международных научных, научно-методических и научно-практических конференциях: «Физика в системе современного образования (ФССО)» (Санкт-Петербург, 1999, 2003, 2005; Ярославль, 2001), «Информационные технологии в учебном процессе кафедр физики и математики» (Ульяновск, 1999), «Информационные технологии в общеобразовательной школе» (Новосибирск, 2000), «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2001), «Народное образование в XXI веке» (Москва, МПУ, 2001), «Новые технологии в преподавании физики: школа и

ВУЗ» (Москва, МПГУ, 2002), «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях» (Екатеринбург, 2002, 2004, 2005); Съезде российских физиков-преподавателей «Физическое образование в XXI веке» (Москва, МГУ, 2000); других всероссийских, региональных и межвузовских конференциях, семинарах и совещаниях.

• экспериментальной и поисковой работы на физико-математических факультетах Нижнетагильской государственной социально-педагогической академии (НТГСПА) и Шадринского государственного педагогического института (ШГПИ), физических факультетах Уральского государственного педагогического университета (УрГПУ) и Глазовского государственного педагогического института (ГГПИ), радиофизическом факультете Уральского государственного технического университета (УГТУ-УПИ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем текста 341 страница, библиографический список содержит 395 наименований. Работа иллюстрирована рисунками, схемами и таблицами.

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В связи с широким распространением персональных компьютеров, разработкой объектно-ориентированного программного обеспечения математическое моделирование и вычислительный эксперимент превратились в настоящее время в универсальную системную методологию познания, в основной метод быстрого и эффективного научного исследования во всех областях человеческой деятельности. Именно поэтому овладение соответствующей методологией следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного образования.

Современная концепция профильного обучения в системе среднего образования предполагает развитие специализаций на базе основных профилей вариативной школы, что, в свою очередь, приводит к необходимости расширения объема знаний и методологической оснащенности будущего учителя. Понятие «профессиональная компетентность учителя физики» включает овладение навыками использования новых информационных (компьютерных, вычислительных) технологий (НИТ), которое признается одним из кардинальных путей решения проблемы повышения эффективности подготовки будущего учителя, привития ему элементов «нелинейной культуры», более успешной социальной и профессиональной адаптации.

По-видимому, на сегодняшний день мы еще не можем в полной мере оценить значение вычислительной физики и адекватно построить процесс обучения в данной области знаний. В то время как в теоретической и экспериментальной физике столетиями развивались и стандартизировались методы постановки задач, в вычислительной физике все еще до конца не ясно, как следует ставить и решать конкретные физические задачи. Сам предмет настолько молод и мало опробован, что, очевидно, существует много методов и путей использования компьютеров, которые могут в значительной степени расширить наше понимание окружающего мира.

В то же время, результаты проведенного исследования со всей очевидностью показывают, что дисциплина «Вычислительная физика» должна уже сегодня занять соответствующее место в учебном процессе подготовки будущих учителей физики, а методологии вычислительной физики нужно обучать студентов специально. Сочетание фундаментальных знаний, которые получают студенты при изучении курсов математики, информатики, методики обучения физике, экспериментальной и теоретической физики, со знаниями из области вычислительной физики, приведет к повышению уровня интеллектуального развития, профессиональной компетентности будущих учителей и, следовательно, более качественной подготовке специалистов.

Список литературы диссертации автор научной работы: доктора педагогических наук, Попов, Семен Евгеньевич, Санкт-Петербург

1. Аверьянов А.Н. Системное познание мира. М.: Политиздат, 1985 - 263 с

2. Айнштейн В. Преподаватель и студент: практика общения // Высшее образование в России. 1998. - № 2. - С. 51 - 57.

3. Алексеев И.С. Деятельностная концепция познания и реальности. Избранные труды по методологии и истории физики. М.: Руссо, 1995. -528 с.

4. Алешкевич В.А., Деденко Л.Г., Караваев В.А. Механика. М.: Академия, 2004.-480 с.

5. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М.: Советское радио, 1979.- 157 с.

6. Амелькин В.В. Дифференциальные уравнения в приложениях. М.: Наука, 1987.- 160 с.

7. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.: Наука, 1981.-568 с.

8. Анофрикова С.В. Не учить самостоятельности, а создавать условия для ее проявления // Физика в школе. 1995. - № 3. - С. 38 - 46.

9. Анофрикова С.В. Создание условий для самостоятельной познавательной деятельности учащихся // Физика в школе. 1997. - № 2. - С. 45 - 52.

10. Анциферов Л.И., Писчиков Н.М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента. М.: Просвещение, 1984. - 225 с.

11. Арнольд В.И. Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук первые шаги математического анализа и теории катастроф. - М.: Наука, 1989. - 96 с.

12. Арнольд В.И. Математика и физика: родитель и дитя или сестры // Успехи Физических Наук.- 1999,-Т. 169.-№ 12.-С. 1311 1323.

13. Арсеньев А.А., Самарский А.А. Что такое математическая физика. М.: Знание, 1983.-64 с.

14. Аршинов В.И. Идеализация в физическом познании // Методы научного познания и физика. М.: Наука, 1985. - С. 94 - 105.

15. Афанасьев В.Г. О целостных системах // Вопросы философии. 1980. - № 6.-С. 62-78.

16. Ахиезер А.И. Развитие теоретической физики и ее математических методов // История отечественной математики. Т. 4, кн. 2. Киев: Наукова думка, 1970.-С. 150-178.

17. Ахромеева Т.С., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Парадоксы мира нестационарных структур // Компьютеры и нелинейные явления. М.: Наука, 1988.-С. 44-123.

18. Бабанский Ю.К. Методы обучения в современной общеобразовательной школе. -М.: Просвещение, 1985.-208 с.

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

20. Баутин Н.Н., Леонтович Е.А. Методы и приемы качественного исследования динамических систем на плоскости. М.: Наука, 1990. - 488 с.

21. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Наука, 1987.-600 с.

22. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы. М.: Высшая школа, 1986.-256 с.

23. Белоусов А.А., Кондратьев А.С., Ходанович А.И. Компьютерное моделирование в примерах и задачах. Динамика. СПб.: РГПУ, 1997. - 125 с.

24. Белоцерковский О.М. Вычислительная механика: Современные проблемы и результаты. М.: Наука, 1991. - 184 с.

25. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Физматлит, 1994. - 448 с.

26. Беркович С.Я. Клеточные автоматы как модель реальности. М.: МГУ, 1993.- 112 с.

27. Берулава Г.А. Диагностика естественнонаучного мышления // Педагогика. 1993.-№ 1.-С. 18-22.

28. Беспалько В.П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. М.: Просвещение, 1995. - 192 с.

29. Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Просвещение, 1987.-96 с.

30. Блехман И.И., Мышкис А.Д., Пановко Я.Г. Механика и прикладная математика: Логика и особенности приложений математики. М.: Наука, 1983.-328 с.

31. Бондаревская Е.В. Гуманистическая парадигма личностно ориентированного образования // Педагогика. 1997. - № 4. - С. 11 - 17.

32. Бордовский В.А. Методы педагогических исследований инновационных процессов в школе и вузе. СПб.: РГПУ, 2001. - 169 с.

33. Бордовский В.А., Панина И.Я., Леонова Н.В. Инновационные технологии при обучении физике студентов педвузов. СПб.: РГПУ, 2003.-265 с.

34. Бордовский Г.А., Горбунова И.Б., Кондратьев А.С. Персональный компьютер на занятиях по физике СПб.: РГПУ, 1999.-116 с.

35. Бордовский Г.А., Кондратьев А.С., Чоудери А.Д.Р. Физические основы математического моделирования. -М.: Академия, 2005. 320 с.

36. Бордовский Г.А., Нестеров А.А., Тряпицын С.Ю. Управление качеством образовательного процесса. Монография. СПб.: СПбГУ, 2001. -430 с.

37. Борисенок С.В., Кондратьев А.С. Современные тенденции обучения физике в педагогических ВУЗах // Физика в системе современного образования. СПб.: РГПУ, 2003. - Т. 2. - С. 121 -124.

38. Бубликов С.В., Кондратьев А.С. Методологические основы решения задач по физике в средней школе // Учебная физика. 1998. - № 5. - С. 46 - 77, №6.-С. 39-69.

39. Бубликов С.В. Методологические основы вариативного построения содержания обучения физике в средней школе: Автореф. дис.д-ра пед. наук. СПб.: РГПУ, 2000. - 32 с.

40. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе. М.: Просвещение, 1981. - 288 с.

41. Бунге М. Философия физики. М.: Прогресс, 1975. - 347 с.

42. Бурсиан Э.В. Физика: 100 задач для решения на компьютере. СПб.: «МиМ», 1997. - 256 с.

43. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Лаптев В.В. Использование персонального компьютера при изучении основ физики колебаний. СПб.: РГПУ, 1994.-157 с.

44. Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1989.-452 с.

45. Вабищевич П.Н. Численное моделирование. М.: МГУ, 1993. - 152 с.

46. Вартофский М. Модели. Репрезентация и научное понимание. М.: Прогресс, 1988.-507 с.

47. Васильков Ю.В., Василькова Н.Н. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании. М.: Финансы и статистика, 2002.-256 с.

48. Введение в математическое моделирование / Под ред. П.В. Трусова. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. - 336 с.

49. Введение в научное исследование по педагогике / Под ред. В.И. Журавлева. М.: Просвещение, 1988. - 239 с.

50. Великие ученые XX века. Авторы составители Булыка Г.А., Лисовская Е.В., Яхонтова Г.А. - М.: Мартин, 2001. - 463 с.

51. Велихов Е.П. Новая информационная технология в школе // Информатика и образование. 1986. - № 1. - С. 4 - 7.

52. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1984. - 439 с.

53. Вербицкий А.А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход.-М.: Высшая школа, 1991.-353 с.

54. Вернадский В.И. Труды по всеобщей истории науки. М.: Наука, 1988. -334 с.

55. Волкова Е.А., Попов A.M., Рахимов А.Т. Квантовая механика на персональном компьютере. М.: URRS, 1995. - 215 с.

56. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. М.: Наука, 1986. - 192 с.

57. Выготский JLC. История развития высших психических функций // Собрание сочинений. М.: Педагогика, 1982. - Т. 3. - С. 144 - 156.

58. Выготский JI.C. Педагогическая психология. М.: Педагогика-Пресс, 1996.-536 с.

59. Вычислительные методы в гидродинамике / Под ред. Б. Олдера, С. Ферн-баха, М. Ротенберга. М.: Мир, 1967. - 384 с.

60. Вычислительные методы в теории твердого тела / Под ред. Б. Олдера, С. Фернбаха, М. Ротенберга. М.: Мир, 1975. - 400 с.

61. Вычислительные методы в физике атомных и молекулярных столкновений / Под ред. Б. Олдера, С. Фернбаха, М. Ротенберга. М.: Мир, 1974. -387 с.

62. Вычислительные методы в физике плазмы / Под ред. Б. Олдера, С. Фернбаха, М. Ротенберга. М.: Мир, 1974. - 514 с.

63. Габов С.А. Введение в теорию нелинейных волн М.: МГУ, 1988. - 176 с.

64. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука, 1990. -400 с.

65. Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики. М.: Высшая школа, 1981. - 536 с.

66. Гердт В.П., Тарасов О.В., Ширков Д.В. Аналитические вычисления на ЭВМ в приложении к физике и математике // Успехи Физических Наук. -1980.-Т. 130.-№ 1.-С. 113-147.

67. Гершензон Е.М., Каменецкий С.Е. и др. Проект стандарта второго поколения подготовки учителя физики (со специализацией) в педвузах России // Наука и Школа. 1999. - № 4. - С. 2 - 8.

68. Гершуни Г.З. Гидродинамическая неустойчивость // Современное естествознание: Энциклопедия. М.: Магистр-Пресс, 2000. - Т.З. - Математика. Механика. - С. 246 - 249.

69. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. - 392 с.

70. Гершунский Б.С. Роль принципов обучения в формировании дидактической теории // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. Челябинск: ЧГПИ, 1985. - С. 41 - 47.

71. Гинецинский В.И. Основы теоретической педагогики. СПб.: СПбГУ, 1992.- 154 с.

72. Гинзбург В.Л. Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными // Успехи Физических Наук. -1999.-Т. 169,-№4.-С. 420-441.

73. Глазова Л.П. Вычислительный эксперимент как средство изучения нелинейных явлений в курсе физики: Дис. .канд. пед. наук. СПб.: РГПУ, 1998.- 179 с.

74. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. М.: Наука, 1987. -273 с.

75. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы М.: Наука,1972 - 439 с.

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

77. Гончарова С.В. Повышение эффективности наглядности обучения при использовании динамических компьютерных моделей на уроках физики: Дис. .канд. пед. наук. СПб.: РГПУ, 1996. - 183 с.

78. Горбунова И.Б. Повышение операционности знаний по физике с использованием новых компьютерных технологий: Автореф. дис. .д-ра пед. наук. СПб.: РГПУ, 1999. - 32 с.

79. Гороховатский Ю.А. и др. Новые информационные технологии и профессиональная компетентность учителя физики // Физика в системе современного образования. СПб.: РГПУ, 2003. - Т. 3. - С. 230 - 233.

80. Горстко А.Б. Познакомьтесь с математическим моделированием. М.: Знание, 1991.-160 с.

81. ГОС ВПО специальность «032200.00 Физика с доп. специальностью». Приказ Министерства образования РФ № 686 от 02.03.2005 г.

82. Грабарь М.И., Краснянская К.А. Применение математической статистики в педагогических исследованиях. Непараметрические методы. М.: Педагогика, 1977. - 136 с.

83. Грабов В.М., Трофимова С.Ю. Элементы динамики неустойчивых состояний и неравновесной термодинамики. Оренбург: ОПТУ, 1999. - 100 с.

84. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. М.: Мир, 1990. -Ч.1.- 349 е., 4.2.-400 с.

85. Гуслинский Э.Н., Турчанинова Ю.И. Введение в философию образования. -М.: Логос, 2000.-224 с.

86. Давыдов В.В. Виды обобщения в обучении: Логико-психологические проблемы построения учебных предметов. М.: Педагогическое общество России, 2000. - 480 с.

87. Давыдов В.В. Теория развивающего обучения М.: Интор, 1997. - 544 с.

88. Данильчук В.И. Гуманитаризация физического образования в средней школе. Волгоград: Перемена, 1996. - 184 с.

89. Данюшенков B.C., Талукдар А.Х. Целостный подход к методике изучения учебного материала // Учебная физика. 1998. - № 2. - С. 72 - 76.

90. Де Бройль Л. По тропам науки. М.: Издательство иностранной литературы, 1962.-408 с.

91. Джозеф Д. Устойчивость движений жидкости. М.: Мир, 1981. - 638 с.

92. Дик Ю.И., Пинский А.А. Интеграция учебных предметов // Советская педагогика. 1987. - № 9. - С. 42 - 47.

93. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход. М.: Мир, 1981.-456 с.

94. Дородницын В.А., Еленин Г.Г. Симметрия нелинейных явлений // Компьютеры и нелинейные явления. М.: Наука, 1988.-С. 123-191.

95. Древелов X., Хесс Д., Век X. Домашние задания. М.: Просвещение, 1989.- 80 с.

96. Дьяконов В.П. Mathcad 2001: специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 832 с.

97. Дьяконов В.П. Визуализация вычислений и математических понятий в системе компьютерной математики Maple // EXPonenta Pro. 2003. - № 3. -С. 10-19.

98. Ерунова Л.И. Урок физики и его структура при комплексном решении задач обучения. М.: Просвещение, 1988. - 160 с.

99. Ефименко В.Ф. Методологические вопросы школьного курса физики. -М.: Педагогика, 1976. 224 с.

100. Ефремов А.В. Квантовая хромодинамика // Физическая энциклопедия. -М.:БРЭ, 1990.-Т. 2. С. 311 - 317.

101. Жаблон К., Симон Ж.К. Применение ЭВМ для численного моделирования в физике. М.: Наука, 1983.-234 с.

102. Журавлев И.К. Зависимость состава содержания образования от общих принципов советской школы // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. Челябинск: ЧГПИ, 1985. - С. 76 - 88.

103. Загвязинский В.И. Методология и методика дидактического исследования. М.: Педагогика, 1981. - 160 с.

104. Загвязинский В.И. Теория обучения: современная интерпретация. М.: Академия, 2001. - 192 с.

105. Загвязинский В.И., Атаханов Р. Методология и методы психолого-педагогического исследования. М.: Академия, 2001. - 208 с.

106. Задков В.Н. ЭВМ в физике // Физическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1998. -Т. 5.-С. 482-485.

107. Заир-Бек Е. Основы педагогического проектирования. СПб.: Образование, 1995.-234 с.

108. Закон об образовании. Екатеринбург: Дом учителя, 2001. - 63 с.

109. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса. М.: Наука, 1988. - 368 с.

110. Захаров B.E. Нелинейные уравнения математической физики // Физическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1992. - Т. 3. - С. 314 - 316.

111. Зверева Н.И. Активизация мышления учащихся на уроках физики. М.: Просвещение, 1980. - 113 с.

112. Змитренко Н.В., Михайлов А.П. Явление инерции тепла // Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. М.: Наука, 1988. - С. 137 - 170.

113. Зорина Л.Я. Дидактические основы формирования системности знаний старшеклассников. М.: Педагогика, 1988. - 128 с.

114. Зуев П.В. Теоретические основы эффективного обучения физике в средней школе (Праксеологический подход): Монография. Екатеринбург: УрГПУ, 2000. - 153 с.

115. Игошев Б.М., Шамало Т.Н. Современные образовательные технологии в высшем педагогическом образовании // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях. Екатеринбург: УрГПУ, 2004. - Ч. 1. - С. 3 - 7.

116. Извозчиков В.А. Инфоноосферная эдукология. Новые информационные технологии обучения. СПб.: РГПУ, 1991. - 120 с.

117. Ильенков Э.В. Диалектическая логика. М.: Наука, 1984. - 204 с.

118. Ильин В.А. История физики. М.: Академия, 2003. - 272 с.

119. Интервью с академиком В.П. Масловым // Квант.- 1988 № 5- С. 14 - 15

120. Интервью с В.Л. Гинзбургом // Физика в школе. 1987. - № 1. - С. 17 - 23

121. Информатика в понятиях и терминах / Под ред. В.А. Извозчикова. М.: Просвещение, 1991. - 208 с.

122. Кабанова-Меллер Е.Н. Формирование приемов умственной деятельности и умственное развитие учащихся. М.: Просвещение, 1968. - 288 с.

123. Казаков В.А. Метод Монте-Карло в квантовой теории поля: эксперимент без ускорителя // Эксперимент на дисплее: Первые шаги вычислительной физики. М.: Наука, 1989. - С. 45 - 96.

124. Калмыкова З.И. Продуктивное мышление как основа обучаемости. М.: Педагогика, 1981. - 200 с.

125. Калмыкова З.И. Психологические принципы развивающего обучения. -М.: Знание, 1979.- 86 с.

126. Каменецкий С.Е., Солодухин Н.А. Модели и аналогии в курсе физики средней школы. М.: Просвещение, 1982. - 96 с.

127. Капица П.Л. Эксперимент. Теория. Практика. М.: Наука, 1977. - 352 с.

128. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М.: Эдиториал УРСС, 2001. - 288 с.

129. Карамзин Ю.Н., Сухоруков А.П., Трофимов В.А. Математическое моделирование в нелинейной оптике. М.: МГУ, 1989. - 154 с.

130. Карлов Н.В., Кириченко Н.А. Колебания, волны, структуры. М.: Физ-матлит, 2003.-496 с.

131. Кирьянов Д.В. Особенности применения Mathcad для решения дифференциальных уравнений в частных производных // EXPonenta Pro. 2003. -№ 3. - С. 66-71.

132. Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11. СПб.: БХБ-Петербург, 2003. -560 с.

133. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М.: Наука, 1994. - 267 с.

134. Коджаспирова Г.М., Коджаспиров А.Ю. Педагогический словарь. М.: Академия, 2000. - 176 с.

135. Кондаков Н.И. Логический словарь-справочник. М.: Наука, 1976 - 720 с.

136. Кондратьев А.С., Лаптев В.В. Физика и компьютер Л.ЛГУД989.- 328 с.

137. Кондратьев А.С., Лаптев В.В., Трофимова С.Ю. Физические задачи и индивидуальные пути образования. СПб.: Образование, 1996. - 87 с.

138. Кондратьев А.С., Лаптев В.В., Ходанович А.И. Информационная методическая система обучения физике в школе: Монография. СПб.: РГПУ, 2003.-408 с.

139. Кондратьев А.С., Прияткин Н.А. Качественные методы при изучении физики в школе и вузе. СПб.: СПбГУ, 2000. - 96 с.

140. Кондратьев А.С., Прияткин Н.А. Математические методы при изучении физики в школе и вузе. СПб.: СПбГУ, 2001. - 68 с.

141. Кондратьев А.С., Филиппов М.Э. Физические задачи и математическое моделирование реальных процессов. СПб.: РГПУ, 2001. - 111 с.

142. Кондратьев А.С., Ходанович А.И. Методы вычислительного эксперимента. СПб.: РГПУ, 2002. - 57 с.

143. Константинов А.Б. ЭВМ в роли теоретика // Эксперимент на дисплее: Первые шаги вычислительной физики. М.: Наука, 1989.-С.6-44.

144. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года // Инновации в образовании. 2002. - № 3. - С. 4 - 33.

145. Костылев Ф.В. Учить по-новому: Нужны ли оценки-баллы. М.: Владос, 2000. -104 с.

146. Коханов К.А. Модели и моделирование в методике использования учебного физического эксперимента: Дис. .канд. пед. наук. Киров: ВГПУ, 2000. -196 с.

147. Кочергина Н.В. Дифференциация и индивидуализация обучения физике в средней школе. Екатеринбург: УрГПУ, 1997. - 47 с.

148. Кравец А.С. Концептуальные модели и развитие физических теорий // Методы научного познания и физика. М.: Наука, 1985. - С. 47 - 64.

149. Краевский В.В. Дидактический принцип как структурный элемент научного обоснования обучения // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. Челябинск: ЧГПИ, 1985. - С. 3 - 12.

150. Краевский В.В. Методология педагогического исследования. Самара: СамГПИ, 1994.- 165 с.

151. Краевский В.В. Проблемы научного обоснования обучения: Методологический анализ. М.: Педагогика, 1977. - 264 с.

152. Краснощеков П.С., Петров А.А. Принципы построения моделей. М.: МГУ, 1983.-264 с.

153. Ксензова Г.Ю. Перспективные школьные технологии. М.: Педагогическое общество России, 2000. - 224 с.

154. Кудрявцев А.В. Методика использования ЭВМ для индивидуализации обучения физике: Автореф. дис. .канд. пед. наук. Екатеринбург: Ур-ГПУ, 1997.-18 с.

155. Кудряшов Н.А. Нелинейные волны и солитоны // Современное естествознание: Энциклопедия. М.: Магистр-Пресс, 2001. - Т. 7. - Физика волновых процессов. - С. 188 - 193.

156. Кузнецов В.И. Принципы активной педагогики. М.: Академия, 2001. -160 с.

157. Кузнецова В.А. Теория и практика многоуровневого университетского педагогического образования. Ярославль: ЯрГПУ, 1995. - 268 с.

158. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики Киев: Наукова думка, 1989. -864 с.

159. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований. М.: Наука, 1983. - 392 с.

160. Кунин С. Вычислительная физика. М.: Мир, 1992. - 518 с.

161. Кун Т. Структура научных революций. М.: Прогресс, 1975. - 288 с.

162. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика теория самоорганизации // Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. - М.: Наука, 1988. -С. 79-137.

163. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б., Самарский А.А. Структуры в нелинейных средах // Компьютеры и нелинейные явления. М.: Наука, 1988.-С. 5-44.

164. Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели. Новосибирск: Наука, 1986.-295 с.

165. Кухлинг X. Справочник по физике. М.: Мир, 1982. - 520 с.

166. Кыверялг А.А. Методы исследования в профессиональной педагогике. -Таллин: Валгус, 1980. 334 с.

167. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 736 с.

168. Панина И.Л. Не уроком единым: Развитие интереса к физике. М.: Просвещение, 1991.-223 с.

169. Лаптев В.В. Теоретические основы методики использования современной электронной техники в обучении физике в школе: Автореф. дис. .д-ра пед. наук. Л.: ЛГПИ, 1989. - 35 с.

170. Лаптев В.В., Швецкий М.В. Методическая система фундаментальной подготовки в области информатики: Теория и практика многоуровневого педагогического университетского образования. Монография. СПб.: СПбГУ, 2000. - 508 с.

171. Лапчик М.П., Семакин И.Г., Хеннер Е.К. Методика преподавания информатики. М.: Академия, 2003. - 624 с.

172. Лебедев С.А. Роль индукции в процессе функционирования современного научного знания // Вопросы философии. 1980. - № 6. - С. 79 - 88.

173. Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении. М.: Наука, 1974. - 488 с.

174. Левченко Е.Ю. Учебные измерения с использованием компьютера. Базовые аппаратные и программные средства. Курган: ЮГУ, 2002. - 61 с.

175. Леднёв B.C. Содержание образования. М.: Высшая школа, 1989. - 360 с.

176. Леднёв B.C. Содержание образования: сущность, структура, перспективы. М.: Высшая школа, 1991.-224 с.

177. Леньков Р., Момот А. Координация исследований в высшей школе // Высшее образование в России. 1998. - № 4. - С. 63 - 66.

178. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. М.: Наука, 1977. -304 с.

179. Леонтьев А.Н. Проблемы развития психики М.: Педагогика, 1981 - 237с.

180. Лернер И .Я. Дидактические основы методов обучения. М.: Педагогика, 1981.- 185 с.

181. Лернер И.Я. Природа принципов обучения и пути их установления // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. -Челябинск: ЧГПИ, 1985. С. 35 - 41.

182. Лернер И.Я. Развивающее обучение с дидактических позиций // Педагогика. 1996. -№ 2. - С. 8 - 12.

183. Липкин А.И. Модели современной физики. М.: Гнозис, 1999. - 166 с.

184. Лихтенберг А., Либерман М. Регулярная и стохастическая динамика. -М.: Мир, 1984.-528 с.

185. Майер В.В. Физика: Содержание и технология обучения. Глазов: ГГПИ, 1995.-120 с.

186. Макеенко Ю.М. Решетки метод в квантовой теории поля // Физическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1994. - Т. 4. - С. 389 - 390.

187. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.-232 с.

188. Малафеев Р.И. Проблемное обучение физике в средней школе. М.: Просвещение, 1993. - 192 с.

189. Малинецкий Г.Г. Хаос. Структуры. Вычислительный эксперимент: Введение в нелинейную динамику. М.: Едиториал УРСС, 2002. - 256 с.

190. Малинецкий Г.Г. Базовые модели и ключевые идеи синергетики. М.: препринт ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 1994. - № 70. - 21 с.

191. Маневич Л.И. Линейная и нелинейная математическая физика: от гармонических волн к солитонам // Современное естествознание: Энциклопедия. М.: Магистр-Пресс, 2000. - Т.З. - Математика. Механика. - С. 121 -130.

192. Манин Ю.И. Математика и физика. М.: Знание, 1979. - 64 с.

193. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1980. -536 с.

194. Маслоу А. Мотивация и личность. Курс практической психологии, или как научиться работать и добиться успеха. (Составитель P.P. Кашапов). -Ижевск: 1996.-С. 85- 105.

195. Матаев Г.Г. Компьютерная лаборатория в вузе и школе. М.: Горячая линия. - Телеком, 2004. - 440 с.

196. Математический энциклопедический словарь / Гл. ред. Ю.В. Прохоров. -М.: Советская энциклопедия, 1988. 847 с.

197. Математическое моделирование / Под ред. Дж. Эндрюса и Р. Мак-Лоуна. -М.: Мир, 1979. -277 с.

198. Матрос Д.Ш., Полев Д.М., Мельникова Н.Н. Управление качеством образования на основе новых информационных технологий и образовательного мониторинга. М.: Педагогическое общество России, 2001. - 128 с.

199. Матюшкин A.M. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М.: Просвещение, 1972. - 203 с.

200. Махмутов М.И. Принцип профессиональной направленности обучения // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. -Челябинск: ЧГПИ, 1985. С. 88 - 100.

201. Махмутов М.И. Теория и практика проблемного обучения. М.: Просвещение, 1976.-524 с.

202. Менчинская Н.А. Проблемы учения и умственного развития школьника. -М.: Педагогика, 1989. 219 с.

203. Методы Монте-Карло в статистической физике: Монография / Под ред. К. Биндера. М.: Мир, 1982. - 400 с.

204. Михелькевич В.Н., Полушкина Л.И., Мегель В.М. Справочник по педагогическим инновациям. Самара: СГТУ, 1998. - 172 с.

205. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика. М.: Академия, 2003. -816с.

206. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Практикум по информатике. М.: Академия, 2002. - 608 с.

207. Моисеев Н.Н. Математика ставит эксперимент. М.: Наука, 1979. - 224 с.

208. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

209. Монахов В.М., Орлов В.А., Фирсов В.В. Дифференциация обучения в средней школе // Советская педагогика. 1990. - № 8. - С. 42 - 47.

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

211. Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе. -М.: Просвещение, 1977. 168 с.

212. Мун Ф. Хаотические колебания: Вводный курс для научных работников и инженеров. -М.: Мир, 1990. 312 с.

213. Мякишев Г.Я. От динамики к статистике. М.: Знание, 1983. - 64 с.

214. Мякишев Г.Я. Физика 10-11 кл: Учебник для углубленного изучения физики в 5 книгах. М.: Дрофа, 2002.

215. Неймарк Ю.И., Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания. -М.: Наука, 1987.-424 с.

216. Немухин А.В. Компьютерный эксперимент в химии // Современное естествознание: Энциклопедия. М.: Магистр-Пресс, 2000. - Т.1. - Физическая химия. - С. 256 - 262.

217. Немцев А.А. Компьютерные модели и вычислительный эксперимент в школьном курсе физики: Автореф. дис. .канд. пед. наук. СПб: РГПУ, 1992.-22 с.

218. Николаев Л.А. Развитие и устойчивость // Методы научного познания и физика. -М.: Наука, 1985. С. 333 - 341.

219. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. -М.: Мир, 1979.-250 с.

220. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования / Под ред. Е.С. Полат. М.: Академия, 2002. - 272 с.

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

222. Ньюэлл А. Солитоны в математике и физике. М.: Мир, 1989. - 326 с.

223. О преподавании учебного предмета «Физика» в условиях введения федерального компонента государственного стандарта общего образования. Методическое письмо // Физика в школе. 2004. - № 6. - С. 18 - 26.

224. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. М.: Азбуковник, 1999. - 944 с.

225. Околелов О.П. Современные технологии обучения в ВУЗе: сущность, принципы проектирования, тенденции развития // Высшее образование в России. 1994. - № 2. - С. 45 - 50.

226. Оконь В. Введение в общую дидактику М.: Высшая школа, 1990 - 382 с.

227. Олейник О.А. Роль теории дифференциальных уравнений в современной математике и ее приложениях // Современное естествознание: Энциклопедия. М.: Магистр-Пресс, 2000. - Т.З. - Математика. Механика. - С. 83 -89.

228. Оськина О.В. Методика обучения основам компьютерного моделирования будущих учителей физики в педвузе: Дис. .канд. пед. наук. Самара: СГПУ, 2000. - 171 с.

229. Педагогика и психология высшей школы. Ростов н/Д.: Феникс, 2002. -544 с.

230. Пейре Р., Тейлор Т.Д. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. JL: Гидрометеоиздат, 1986. - 352 с.

231. Петров И.В. «Компьютерная» плазма // Эксперимент на дисплее: Первые шаги вычислительной физики. М.: Наука, 1989. - С. 97 - 140.

232. Пинский А.А., Разумовский В.Г. Метод модельных гипотез как метод познания и объект изучения // Физика в школе. 1997. - № 2. - С. 30 - 36.

233. Платонов К.К. Структура и развитие личности / Под ред. А.Д. Глоточ-кина. М.: Наука, 1986. - 255 с.

234. Плохотников К.Э. Математическое моделирование. Экзистенциальный аспект. М.: МГУ, 1993. - 224 с.

235. Пойа Д. Математика и правдоподобные рассуждения. М.: Наука, 1975. -464 с.

236. Попов С.Е. Вычислительная физика миф или реальность // Ученые записки НТГСПА. Естественные науки. - Н. Тагил: НТГСПА. - 2003. - С. 133- 137.

237. Попов С.Е. Инновации в современном физическом педагогическом образовании: «Вычислительная физика» // ИННОВАЦИИ. 2005. - № 1. - С. 27-31.

238. Попов С.Е. Концептуальные проблемы системы подготовки учителя физики: Вычислительная физика // Физическое образование в ВУЗах. 2005. -Т. 11. -№ 3. - С. 68-79.

239. Попов С.Е. Методическая система подготовки учителя в области вычислительной физики: Монография. Нижний Тагил: НТГСПА, 2005. - 227 с

240. Попов С.Е. Методология вычислительной физики в системе подготовки учителя // Физика в системе современного образования. СПб.: РГПУ, 2003.-Т. 2.-С. 192- 195.

241. Попов С.Е. О терминологии и содержании дисциплины «Вычислительная физика» // Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики в современных условиях. Екатеринбург: УрГПУ, 2004. - 4.2. -С. 133- 137.

242. Попов С.Е., Колесников Н.И. Новые учебно-исследовательские работы лабораторного практикума по молекулярной физике // Ученые записки НТГПИ. Естественные науки. Н. Тагил: НТГПИ. - 2002. - С. 93 - 97.

243. Попов С.Е., Колесников Н.И. Учебное исследование энергетического спектра фотоэлектронов // Учебный эксперимент в высшей школе. 2001. - № 2. - С. 19-26.

244. Попов С.Е., Поршнев С.В., Потоскуев С.Э. О принципах построения и содержании курса «Физика» для специальности «Информатика» в педагогических вузах // Физическое образование в ВУЗах. 2002. - Т. 8. - № 1- С. 112-126.

245. Попов Ю.П., Самарский А.А. Вычислительный эксперимент // Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. М.: Наука, 1988. - С. 16-79.

246. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB. М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 592 с.

247. Поршнев С.В. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием пакета MathCad. М.: Горячая линия-Телеком, 2002.-252 с.

248. Поттер Д. Вычислительные методы в физике. М.: Мир, 1975. - 392 с. (Potter David. Computational Physics. - New York-London: John Wiley & Sons, 1973.)

249. Пригожин И. От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках. М.: Едиториал УРСС, 2002. - 288 с.

250. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М.: Едиториал УРСС, 2001.-312 с.

251. Примерные программы дисциплин подготовки бакалавра физико-математического образования (Федеральный компонент). СПб.: РГПУ, 2003. -294 с.

252. Прохоров A.M. Физика // Физическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1998. - Т. 5.-С. 310-320.

253. Пуанкаре А. О науке. М.: Наука, 1990. - 736 с.

254. Пугачева Е.А. Синергетический подход к системе высшего образования // Высшее образование в России. 1998. - № 2. - С. 41 - 45.

255. Пурышева Н.С. Дифференцированное обучение физике в средней школе. -М.: Прометей, 1993. 161 с.

256. Пустильник И.Г. Концепция учебного познания как исследования // Образование и наука. Екатеринбург, 2000. - № 2 (4). - С. 186 - 195.

257. Пустильник И.Г. Теоретические основы формирования научных понятий у учащихся. Свердловск: УрГПУ, 1997.-103 с.

258. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. -М.: Наука, 1984.-432 с.

259. Рабунский Е.С. Индивидуальный подход в процессе обучения школьников. М.: Педагогика, 1975. - 184 с.

260. Радионов В.Е. Нетрадиционное педагогическое проектирование. СПб.: СПбГТУ, 1996. - 140 с.

261. Разумовский В.Г. Методы научного познания и качество обучения // Учебная физика. 2000. - № 1. - С. 70 - 76.

262. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике. М.: Просвещение, 1975. - 272 с.

263. Ракитов А.И. Философия компьютерной революции. М.: Политиздат, 1991.-287 с.

264. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования. М.: Школа-Пресс, 1994. - 205 с.

265. Роджерс К. К науке о личности // История зарубежной психологии. Тексты. М.: Педагогика, 1987. - 322 с.

266. Розенблют А., Винер Н. Роль моделей в науке // Модели в науке и технике. Л.: Наука, 1984. - С. 171 - 175.

267. Российская педагогическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1993. - Т. 1. - 608 е.; 1999.-Т. 2.-672 с.

268. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. - 616 с. (Roache Patrick J. Computational Fluid Dynamics. - Hermosa: Albuquerque, 1972.)

269. Рузавин Г.И. Методология научного исследования. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999.-317 с.

270. Рябых А.В. Методика преподавания раздела «Математическое моделирование и организация вычислительного эксперимента» в курсе информатики: Дис. .канд. пед. наук. СПб.: РГПУ, 1998. - 183 с.

271. Самарский А.А. Неизбежность новой методологии // Коммунист. 1989. -№ 1.-С. 82-92.

272. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 320 с.

273. Саранин В.А. Равновесие жидкостей и его устойчивость. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1995.- 172 с.

274. Сауров Ю.А. О концепции школьного физического образования // Учебная физика. 1997. - № 2. - С. 73 - 76.

275. Сауров Ю.А. Принцип цикличности // Учебная физика. 1998. - № 3. - С. 76-78.

276. Сачков Ю.В. Научный метод: вопросы его структуры // Методы научного познания и физика. М.: Наука, 1985. - С. 6 - 29.

277. Свитков Л.П. Методологические основы системы знаний и методов преподавания термодинамики и молекулярной физики в средней школе: Ав-тореф. Дис. .д-рапед. наук.-М.: МПУ, 1995.-60 с.

278. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977. - 440 с.

279. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. М.: Народное образование, 1998. - 256 с.

280. Сельдяев В.И. Развитие исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики: Дис. . .канд. пед. наук. СПб.: РГПУ, 1999. - 207 с.

281. Семенов Н. Шахматные компьютеры или ДНК versus силикон // Подводная Лодка. Журнал о компьютерах. 2000. - № 9. - С. 105-109.287.' Семыкин Н.П., Любичанковский В.А. Методологические вопросы в курсе физики средней школы. М.: Просвещение, 1979. - 86 с.

282. Сенько Ю.В., Тамарин В.Э. Обучение и жизненный познавательный опыт учащихся. -М.: Знание, 1989. 80 с.

283. Сериков В.В. Образование и личность: Теория и практика проектирования образовательных систем. М.: Педагогика, 1999. - 258 с.

284. Синергетика. Лабораторные работы по нелинейной физике / Под ред. В.А. Журавлева, Ю.А. Степанянца, С.С. Савинского. Ижевск: Изд. дом «Удм. университет», 1999. - 118 с.

285. Скаткин М.Н. Методология и методика педагогических исследований. -М.: Педагогика, 1986. 152 с.

286. Сластенин В.А. Высшее педагогическое образование России: традиции, проблемы, перспективы // Наука и Школа. 1998. - № 2. - С. 8 - 16.

287. Словарь иностранных слов. М.: Русский язык, 1985. - 608 с.

288. Смирнов С.Д. Педагогика и психология высшего образования: от деятельности к личности. М.: Академия, 2001. - 304 с.

289. Советов Б.Я. Информационная технология. М.: Высшая школа, 1994. -368 с.

290. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 2001.-343 с.

291. Стариченко Б.Е. Оптимизация школьного образовательного процесса средствами информационных технологий: Автореф. дис. .д-ра пед. наук. Екатеринбург: УрГПУ, 1999. - 39 с.

292. Суханов А.Д. Концепция фундаментализации высшего образования и ее отражение в ГОСах // Высшее образование в России. 1996. - № 3. - С. 17-25.

293. Суханов А.Д. Физика: совокупность самостоятельных разделов или целостная учебная дисциплина? // Физика в системе современного образования. СПб.: РГПУ, 2003. - Т. 1. - С. 10 - 12.

294. Талызина Н.Ф. Педагогическая психология. М.: Академия, 1998. - 288 с.

295. Тарасевич Ю.Ю. Математическое и компьютерное моделирование. Вводный курс. М.: Эдиториал УРСС, 2001. - 144 с.

296. Теоретические основы процесса обучения в современной школе / Под ред.

297. B.В. Краевского, И.Я. Лернера.- М.: Педагогика, 1989. 318 с.

298. Теоретические основы содержания общего среднего образования / Под ред. В.В. Краевского, И.Я. Лернера. М.: Педагогика, 1983. - 352 с.

299. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы / Под ред.

300. C.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой. М.: Академия, 2000. - 368 с.

301. Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы / Под ред. С.Е. Каменецкого. -М.: Академия, 2000. 384 с.

302. Тимофеева Ю.Ф. Системный подход к проблеме совершенствования высшего образования // Высшее образование в России. 1994. - № 2. - С. 116-124.

303. Тихонов А.Н., Костомаров Д.П. Вводные лекции по прикладной математике. -М.: Наука, 1984. 192 с.

304. Толстик A.M. Роль компьютерного эксперимента в физическом образовании // Физическое образование в ВУЗах. 2002. - Т. 8. - № 2. - С. 94 -102.

305. Том А., Эйплт К.Д. Числовые расчеты полей в технике и физике. М.: Энергия, 1964.- 183 с.

306. Тоффоли Т., Марголус Н. Машины клеточных автоматов. М.: Мир, 1991.-280 с.

307. Трубников Б.А. Плазма // Физическая энциклопедия. М.: БРЭ, 1992. - Т. З.-С. 594-600.

308. Уемов А.И. Аналогия в практике научного исследования. М.: Наука, 1970.-264 с.

309. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир, 1977. - 624 с.

310. Унт И. Индивидуализация и дифференциация обучения. М.: Педагогика, 1990.- 192 с.

311. Управление качеством образования: Практикоориентированная монография / Под ред. М.М. Поташника. М.: Педагогическое общество России, 2000.-448 с.

312. Урок физики в современной школе: Творческий поиск учителей / Составитель Э.М. Браверман; Под ред. В.Г. Разумовского. М.: Просвещение, 1993.-288 с.

313. Усова А.В. Межпредметные связи в условиях стандартизации образования // Наука и Школа. 1998. - № 3. - С. 11 - 14.

314. Усова А.В. О статусе принципов дидактики // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. Челябинск: ЧГПИ, 1985. -С. 12-24.

315. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. -М.: Педагогика, 1986. 173 с.

316. Учебные стандарты школ России: Математика, естественнонаучные дисциплины. М.: Прометей, 1998. - 336 с.

317. Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику. М.: МФТИ, 1994. -528 с.

318. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 1-9. -М.: Мир, 1965.

319. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Мир, 1968. - 232 с.

320. Феофанов С.А. Натурный и вычислительный эксперимент в курсе физики средней школы: Автореф. дис.канд. пед. наук СПб.: РГПУ, 1996 - 18 с.

321. Ферми Э. Научные труды. М.: Наука, 1972. - Т. 2. - С. 647.

322. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики / Под ред. Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина. М.: Просвещение, 1993. - 208 с.

323. Физическое образование в XXI веке: Материалы съезда российских физиков-преподавателей. М.: МГУ, 2000. - 426 с.

324. Филиппов А.Т. Многоликий солитон. М.: Наука, 1986. - 222 с.

325. Философский словарь / Под ред. И.Т. Фролова. М.: Республика, 2001. -719 с.

326. Фокин Ю.Г. Преподавание и воспитание в высшей школе: Методология, цели и содержание, творчество. М.: Академия, 2002. - 224 с.

327. Фридман JI.M. Наглядность и моделирование в обучении. М.: Знание, 1984. - 80 с.

328. Фромм Дж. Неустановившееся течение несжимаемой вязкой жидкости // Вычислительные методы в гидродинамике. -М.: Мир, 1967 С. 343 - 381

329. Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам. М.: Мир, 1991. - 240 с.

330. Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах. -М.: Мир, 1985.-423 с.

331. Харлоу Ф.Х. Численный метод частиц в ячейках // Вычислительные методы в гидродинамике. М.: Мир, 1967. - С. 316 - 342.

332. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. М.: Наука, 1990. - 176 с.

333. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1968.-400 с.

334. Ходанович А.И. Концептуально-методические аспекты информатизации общего физического образования на современном этапе: Дис. . .д-ра пед. наук. СПб.: РГПУ, 2003. - 332 с.

335. Храмов Ю.А. Физики: биографический справочник. М.: Наука, 1983. -400 с.

336. Чандаева С.А. Физика и человек. М.: Аспект Пресс, 1994. - 336 с.

337. Чебышев Н., Каган В. Терапия феномена «разрывности мышления» // Высшее образование в России. 1999. - № 1. - С. 47 - 51.

338. Чуличков А.И. Математические модели нелинейной динамики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 296 с.

339. Чэпмен Д.Г. Вычислительная аэродинамика и перспективы ее развития // Ракетная техника и космонавтика. 1980. - Т. 18. - № 2. - С. 3 - 32.

340. Шамало Т.Н. Образные и вербальные компоненты мышления учащихся // Физика в школе. 1998. - № 3. - С. 18 - 20.

341. Шамало Т.Н. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении. Свердловск: УрГПУ, 1990. - 97 с.

342. Шамова Т.И. Активизация учения школьников. М.: Педагогика, 1982. -209 с.

343. Шаронова Н.В. Методика формирования научного мировоззрения при обучении физике. -М.: МП MAP, 1994. 183 с.

344. Шаталов В.Ф. Эксперимент продолжается М.: Педагогика, 1989. - 334 с.

345. Шахмаев Н.М. Учителю о дифференцированном обучении. М.: Просвещение, 1989.-65 с.

346. Швырев B.C. Научное познание как деятельность М.:Наука, 1984 - 232 с

347. Шевандрин Н.И. Социальная психология в образовании. М.: ВЛАДОС, 1995.-544 с.

348. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. -М.: Мир, 1978.-418 с.

349. Ширков Д.В. Квантовая электродинамика // Физическая энциклопедия. -М.: БРЭ, 1990. Т. 2. - С. 317 - 319.

350. Шишов С.Е., Кальней В.А. Мониторинг качества образования в школе. -М.: Педагогическое общество России, 1999. 320 с.

351. Шодиев Д. Мысленный эксперимент в преподавании физики. М.: Просвещение, 1987. - 95 с.

352. Шодиев Д. Теория и эксперимент при обучении физике. Ташкент: Уки-тувик, 1982. - 155 с.

353. Шубинский B.C. Принцип единства структур содержания образования и деятельности обучения // Принципы обучения в современной педагогической теории и практике. Челябинск: ЧГПИ, 1985. - С. 66 - 76.

354. Шукшунов В.Е. и др. Инновационное образование // Высшее образование в России. 1994. - № 2. - С. 13 - 28.

355. Шустер Г. Детерминированный хаос: Введение. М.: Мир, 1988. - 240 с.

356. Щедровицкий Т.П., Розин В.М. и др. Педагогика и логика. М.: КАС-ТАЛЬ, 1993. - 196 с.

357. Щербаков Р.Н. Ценностные аспекты процесса обучения и воспитания на уроках физики. М.: Прометей, 1998. - 267 с.

358. Щукина Г.И. Педагогические проблемы формирования познавательных интересов учащихся: Монография. М.: Педагогика, 1988. - 208 с.

359. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.: . Мир, 1979.-280 с.

360. ЭВМ в курсе общей физики / Под ред. А.Н. Матвеева. М.: МГУ, 1982. -232 с.

361. Эйнштейн А. Физика и реальность. М.: Наука, 1965. - 136 с.

362. Юцявичене П.А. Принципы модульного обучения // Советская педагогика. 1990.-№ 1,2.-С. 55-60.

363. Якиманская И.С. Технология личностно-ориентированного обучения в современной школе. М.: Сентябрь, 2000. - 176 с.

364. Aleiner I.L., Larkin A.I. Role of divergence of classical trajectories in quantum chaos // Physical Review. 1997. - Vol. 55. - № 2. - P. 1243 - 1246.

365. Bonham S.W., Risley J.S., Chistian W. Using Physlets to Teach Electrostatics // The Physics Teacher. 1999. - Vol. 37. - № 5. - P. 276 - 280.

366. Boyce W.E., Brunski J.B., Chen M.M. Interactive Multimedia Modules in Mathematics, Engineering and Science // Computers in Education. 1997. -Vol. 11. - № 2. - P. 151-156.

367. Castillo I., Aguillar M., Mondragon S. Spatial solitons in photorefractive BTO with drift mechanism of nonlinearity // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol. 64. -№4.-P. 408-410.

368. Chaudhury S.R., Zollman D. Image Processing Enhances the Value of Digital Video in Physics Instruction // Computers in Physics Education. 1994. - Vol. 8,-№5.-P. 518-522.

369. Computational Methods for Large Molecules and Localized States in Solids / Ed. By F. Herman, N.W. Dalton, T.R. Koehler. New York - London: Plenum Press, 1973.-498 p.

370. Computational Solid State Physics / Ed. By F. Herman, N.W. Dalton, T.R. Koehler. New York - London: Plenum Press, 1972. - 304 p.

371. Cumaranatunge Ch. Creating Interactive Multimedia Simulations without Programming // Computer Physics. 1998. - № 5. - P. 413 - 421.

372. Dengler R., Luchner K., Zollman D. Computer-Video Method Evaluates Real Motion Data in Real Time for Students // Computers in Physics Education. -1993. Vol. 7. - № 4. - P. 393 - 399.

373. Edelson D.C., Gordin D. Visualization for learners: A framework for adapting scientists tools // Computers and Geosciences. 1998. - № 8. - P. 134 - 137.

374. Friedman J.S., diSessa A.A. What Students Should Know About Technology: The Case of Scientific Visualization // Journal of Science Education and Technology. 1999. - Vol. 8. - № 3. - P. 132 - 143.

375. Goodstein D. The Coming Revolution in Physics Education // APS News. -2000.-Vol. 9.-№6.-P. 8.

376. Hebenstreit J. Computers in Education the Next Step // Education and Computing. - 1985. - № 1. - P. 37 - 43.

377. Kondratyev A.S., Choudary A.D. Introduction to mathematical modeling. St. Petersburg: RSPU, 1999. - 101 p.

378. Maloney D.P. Surveying students conceptual knowledge of electricity and magnetism // American Journal of Physics Education. 2001. - Vol. 69. - № 7. -P. 33 -39.

379. Mandelbrot B.B. Fractal geometry of Nature. San-Francisco: by W.H. Freeman and Co., 1988.-468 p.

380. Marlino M.R. Visualization in undergraduate geosciences science education: what do we really know? // Computers and Geosciences. 2001. - № 7. - P. 497-498.

381. Methods in Computational Physics. Vol. 2, Quantum Mechanics. New York - London: Academic Press, 1963. - 403 p.

382. Methods in Computational Physics. Vol. 3, Fundamental methods in hydrodynamics. New York - London: Academic Press, 1964. - 387 p.

383. Methods in Computational Physics. Vol. 4, Applications in Hydrodynamics. -New York London: Academic Press, 1965. - 435 p.

384. Methods in Computational Physics. Vol. 7, Astrophysics. New York - London: Academic Press, 1967. - 289 p.

385. Microcomputer Based Labs: Education Research and Standards / Ed. R.Tinker. Berlin, New York: Springer, 1994. - 405 p.

386. Papp K., Jozsa K. Do Hungarian students like the physical least? II Physics Teacher Education Beyond 2000: Abstracts. Barselona, 2000. - P. 188.

387. Renner J.W., Abraham M.R. Understanding and misunderstanding of eighth graders of four physics concepts found in textbooks // Journal of Research in Science Teaching. 1990. - № 27. - P. 35 - 54.

388. Staufer D., Stanley Y.E. From Newton to Mandelbrot: a primer in theoretical physics. Berlin, New York: Springer, 1990. - 192 p.

389. Thaller M. Where Have all the Graduate Students Gone? // APS News. 2002. -Vol. 11.-№12.-P. 4.

390. Wilson K.G. Confinment of quarks // Physical Review. 1974. - Vol. D10. -P. 2445.

391. Zabusky N.J. Computational Synergetics and Mathematical Innovation // J. Comput. Phys. 1981. - Vol. 43. -№ 2. - P. 195 - 249.338