автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Вычислительный эксперимент на занятиях по физике как средство активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений

Автореферат диссертации по теме "Вычислительный эксперимент на занятиях по физике как средство активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений"

На правах рукописи

Мухина Юлия Рамилевна

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ НА ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ КАК СРЕДСТВО АКТИВИЗАЦИИ УЧЕБНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ 1Т-НАПРАВЛЕНИЙ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровень высшего образования)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

005042555

Челябинск 2012

Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Челябинский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: доктор педагогических наук, профессор

Даммер Манана Дмитриевна

Официальные оппоненты: Попов Семен Евгеньевич

доктор педагогических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Нижнетагильская государственная социально-педагогическая академия», заведующий кафедрой физико-математического образования

Левченко Евгений Юрьевич

кандидат физико-математических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Курганский государственный университет», проректор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Глазовский

государственный педагогический институт имени В. Г. Короленко»

Защита состоится 23 мая 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.295.02 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, д.69, ауд. 116.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного педагогического университета

Автореферат разослан «21» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, л

доктор педагогических наук, профессор Jr&b,-, Елагина B.C.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В новой системе высшего профессионального образования основной целью обучения является подготовка компетентного специалиста, способного действовать не только в своей области, но и в смежных отраслях. Поэтому одним из требований стандартов третьего поколения является интеграция профессионального и предметного содержания при изучении всех дисциплин.

В данном исследовании рассматривается обучение физике студентов ГГ-направлений (бакалавры «Информационные системы и технологии» и бакалавры «Информатика и вычислительная техника»), для которых данный предмет не является профессиональным. В обучении физике студентов данных направлений существует ряд проблем. Во-первых, сокращение часов на изучение предмета «Физика» и, вместе с тем, большой круг вопросов, подлежащих рассмотрению, что делает необходимым интенсификацию процесса обучения физике. Во-вторых, отсутствие у студентов интереса к предмету, связанное с его трудностью для понимания и восприятия, а также кажущейся оторванностью от общей цели профессионального обучения.

Между физикой и информатикой (базовой наукой для студентов "1Т-направлений) есть тесная взаимосвязь. На основе физических закономерностей построены все аппаратные устройства компьютерной техники. Кроме того, в самой науке физики заложены основные методы исследования: теоретические (формализация, идеализация, моделирование и т.д.) и эмпирические (наблюдение, эксперимент). Умение применять данные методы хорошо развивается при решении физических задач и выполнении лабораторных работ. А способность проводить теоретические" ' и экспериментальные исследования является одной из профессиональных компетенций выпускников ГГ-направлений.

Таким образом, возникает необходимость в разработке методики обучения физике будущих бакалавров в области информационных технологий, направленной на активизацию их учебно-познавательной деятельности. При этом в качестве основания для активизации целесообразно рассматривать интеграцию профессионального и предметного содержания.

Профессиональная деятельность специалистов в области ГГ-направлений носит прикладной характер, т.е. связана с информационной поддержкой производственных, экономических, управленческих и прочих процессов. Поэтому одним из основных требований к выпускникам 1Т-направлений является овладение способами применения информационных технологий для решения практических задач в различных предметных отраслях. Для выполнения данного требования целесообразно научить студентов использовать информационные технологии для решения физических задач. Таким образом, в качестве средства интеграции профессионального и предметного содержания мы предлагаем использовать вычислительный эксперимент как особый метод исследования физических

закономерностей через построение и изучение компьютерной модели объекта исследования.

Вопрос активизации учебно-познавательной деятельности учащихся широко рассмотрен в теории и практике обучения (Т.И. Шамовой, Г.И. Щукиной, Л.П. Аристова и др.). Активизация учебно-познавательной деятельности студентов рассматривается в трудах P.A. Нщамова, A.A. Вербицкого, С.С. Великановой, Г.А. Каменевой, A.B. Карпушева, Л.В. Павловой, Л.Н. Разумовой, Е.Д. Тельмановой и др. Одним из способов активизации учебной деятельности студентов является связь теоретического содержания предмета с практической профессиональной деятельностью. Данный аспект является основой контекстного обучения, предложенного A.A. Вербицким и положенного в основу педагогических исследований O.A. Григоренко, А.И. Жуковой, А.Н. Картежниковой, Н.В. Кузьминой, Е.М. Поповой, К.В. Шапошникова и др. Но проблема методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике остается недостаточно изученной, в то время как ее разработка и реализация могут существенно повысить интерес к предмету, а, следовательно, и качество подготовки в области физики.

Вычислительный эксперимент в методике обучения физике рассмотрен в работах A.A. Финагина, С.Е. Попова, М.И. Старовикова, Л.П. Глазовой, М.С. Таранова, Р.П. Федоренко и др. Большое число исследований посвящено использованию компьютерного моделирования при обучении физике (A.C. Кондратьев, Р.В. Майер, М.В. Ларионов, Н.В. Вознесенская, A.A. Оспенников, О.Г. Ревинская, Н.Б. Розова, Л.Х. Умарова и др.). В некоторых исследованиях рассматривается использование готовых компьютерных моделей или авторских компьютерных моделей. Данный подход не даст качественных результатов в обучении студентов IT-направлений, так как для развития профессиональных умений студентам необходимо научиться самостоятельно создавать модели, а не использовать готовые. Создание моделей возможно также; с помощью систем программирования. Но в данном случае занятия по .физике могут превратиться в занятия по программированию и, тем самым, отвлечь от сути изучаемых физических явлений. Поэтому наиболее адекватным является использование специализированных программ для создания компьютерных моделей физических процессов и явлений.

Несмотря на то что использование компьютерного моделирования в обучении физике рассматривается во многих исследованиях, до сих пор недостаточно проанализированы вопросы организации исследовательской деятельности студентов по изучению физических закономерностей средствами вычислительного эксперимента, основанного на современных технологиях компьютерного моделирования.

Таким образом, можно выделить ряд противоречий, существующих в обучении физике студентов IT-направлений:

на социально-педагогическом уровне: между требованиями к высшему профессиональному образованию, выраженными в необходимости активизации деятельности студентов и профессиональной направленности обучения, и недостаточной разработанностью путей и средств активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений через интеграцию профессионального и предметного содержания обучения физике;

- на научно-теоретическом уровне: между высоким уровнем проработанности в науке различных аспектов использования вычислительного эксперимента и компьютерного моделирования при обучении физике и недостаточностью обоснования роли вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике;

- на научно-методическом уровне: между целесообразностью и возможностью активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике за счет интеграции профессиональных умений и предметного содержания курса средствами вычислительного эксперимента и слабой разработанностью соответствующих содержания, методов, средств и форм обучения;

- на практическом уровне: между большим количеством методических пособий по созданию компьютерных моделей физических процессов и явлений и отсутствием методических' рекомендаций по активизации учебно-познавательной деятельности студентов через организацию поэтапного овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики.

Необходимость разрешения выделенных противоречий определила актуальность исследуемой проблемы, которая заключается в поиске ответа на вопрос: «Каковы пути активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике?», и выбор темы исследования: «Вычислительный эксперимент на занятиях по физике как средство активизации учебно-познавательной деятельности студентов ' ГГ-направлений».

Объект исследования: обучение физике студентов 1Т-направлений.

Предмет исследования: процесс активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента.

В работе приняты ограничения:

- элементы вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений используются на практических занятиях по физике;

- преподаватель физики должен владеть современными программами моделирования на уровне достаточном для создания учебных физических моделей;

- кабинет физики должен быть оборудован компьютерами (или должна быть возможность проводить занятия по физике в компьютерном

классе), на которых установлены соответствующие программы моделирования.

Цель исследования: теоретически обосновать и разработать методику активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента, а также выявить комплекс педагогических условий, обеспечивающих ее эффективное функционирование.

Гипотеза исследования. Использование вычислительного

эксперимента по физике приведет к активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике, если:

интегрировать пр.едметное содержание курса физики и дисциплин профессионального цикла студентов ГГ-направлений на основе вычислительного эксперимента в области физики;

в качестве основы мотивационно-целевого компонента методики рассмотреть ^ потребность студентов в профессиональном совершенствовании, ! .в основе содержательного компонента исследовательские физические задачи, решаемые с помощью вычислительного эксперимента, технологического компонента -организацию поэтапного овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики, а рефлексивно-оценочного компонента -различные способы самооценки и самоанализа деятельности по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента;

выполнить ряд педагогических условий: отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средствами реализации вычислительного эксперимента по физике; наличие методических рекомендаций для студентов по выполнению вычислительного эксперимента по физике в соответствии с этапами исследовательской деятельности; взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

Исходя из цели и гипотезы, были выдвинуты следующие задачи исследования:

1. Выявить состояние проблемы исследования в теории и практике обучения физике студентов ГГ-направлений на основе анализа: нормативных документов (Федеральных государственных образовательных стандартов, учебно-методических планов и рабочих программ), психолого-педагогической и методической литературы.

2. Определить содержание и структуру деятельности студентов по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Сформулировать требования к физическим задачам, решаемым средствами вычислительного эксперимента, осуществить отбор задач и разработать методические рекомендации для организации данной деятельности.

3. Разработать структуру и содержание учебных занятий, отобрать эффективные методы, приемы и формы обучения, направленные на активизацию учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента.

4. Выявить условия эффективного функционирования данной методики.

5. Осуществить педагогический эксперимент, в ходе которого проверить эффективность разработанной методики и условий ее успешного функционирования.

Методологическую основу исследования составляют: идеи системного подхода к анализу объекта исследования; идеи компетентностного подхода к подготовке студентов в высшей школе; исследования в области деятельностного подхода по организации учебно-познавательной деятельности студентов; исследования по активизации учебно-познавательной деятельности студентов; исследования по организации самостоятельной учебно-познавательной деятельности учащихся и студентов; работы по теории и практике вычислительного эксперимента; работы по организации, проведению и обработке результатов педагогического исследования. ' ''

Методы исследования: в работе применялись 'как теоретические методы исследования (анализ нормативных документов, психолого-педагогической и методической литературы по проблеме; обобщение педагогического опыта использования вычислительного эксперимента и компьютерных технологий на практических занятиях по физике), тай' и эмпирические (тестирование, анкетирование, опрос, наблюдение, педагогический эксперимент - констатирующий, пробный, обучающий, контрольный), методы моделирования.

Исследование осуществлялось в три этапа с 2007 по 2012 Гг.

На первом этапе (2007 — 2008 гг.): проводились изучение и анализ психолого-педагогической и методической литературы, в том числе и диссертационных исследований по темам, близким к проблеме исследования, а также анализ нормативных документов; определились методологические основы исследования, подходы, методы и средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов на занятиях по физике и роль вычислительного эксперимента в активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений; проводился констатирующий и пробный эксперименты по определению исходного уровня активности студентов на практических занятиях по физике.

На втором этапе (2009 — 2010 гг.): разрабатывалась методика использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике; определялись методы, приемы, средства и формы обучения, дидактические структуры организации занятий по физике на основе вычислительного эксперимента; разрабатывались и

систематизировались лабораторно-практические работы по вычислительному эксперименту; проводился обучающий эксперимент по выявлению влияния использования вычислительного эксперимента на учебно-познавательную активность студентов и на сформированность общекультурной и профессиональных компетенций.

На третьем этапе (2011 - 2012 гг.): проводился контрольный эксперимент; осуществлялись анализ и обработка данных опытно-экспериментальной работы; проверялось соответствие гипотезы и экспериментальных результатов; формулировались выводы и практические рекомендации по итогам исследования.

Экспериментальная база исследования. Опытно-экспериментальная работа проводилась на базе Южно-уральского института управления и экономики. В эксперименте приняли участие студенты П—IV курсов, обучающиеся по следующим направлениям: бакалавры «Информационные системы и технологии», бакалавры «Информатика и вычислительная техника», специалисты «Информационные системы и технологии», специалисты «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

Научная новизна проводимого исследования состоит в том, что:

1. Определена роль вычислительного эксперимента на занятиях по физике у студентов ГГ-направлений как средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов, позволяющего реализовать профессиональную направленность обучения физике.

2. Научно обоснована и разработана методика активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике, состоящая из четырех компонентов:

— мотивационно-целевого, в котором актуализируется направленность обучения физике на применение и развитие профессиональных умений студентов 1Т-направлений;

- содержательного, представленного банком исследовательских задач, решаемых средствами вычислительного эксперимента и описанием структуры деятельности по решению таких задач, состоящей из восьми этапов (постановка задачи, выдвижение гипотезы, формализация задачи, выбор технологии моделирования, создание и отладка модели, планирование и проведение экспериментов с моделью, анализ результатов, использование модели для решения физических задач);

— технологического, представленного в активных методах обучения и формах самостоятельной работы, способствующих организации овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики, включающей вводный, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий этапы;

- рефлексивно-оценочного, представляющего нормативный, сопоставительный и личностный способы самооценки деятельности по

исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента.

3. Выявлен комплекс педагогических условий эффективного использования вычислительного эксперимента на занятиях: по физике: отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средствами реализации вычислительного эксперимента по физике; наличие методических рекомендаций для студентов по проведению вычислительного эксперимента по физике в соответствии с этапами исследовательской деятельности; взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

Теоретическая значимость исследования выражается в том, что его результаты способствуют дальнейшему развитию теории и методики обучения физике как непрофильному предмету студентов ГГ-направлений:

- обоснована целесообразность включения в процесс обучения физике студентов ГГ-направлений вычислительного эксперимента, обеспечивающего профессиональную направленность обучения физике и, как следствие, активизацию учебно-познавательной деятельности студентов;

- разработаны требования к системе физических задач, решаемых с помощью вычислительного эксперимента, и способствующих организации поэтапного овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики;

разработаны четырехкомпонентная структурная модель методики активизации учебно-познавателыюй деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента, и процессная модель овладение студентами исследовательской деятельностью по изучению физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента на вводном, репродуктивно-подражательном, поисково-исполнительском и творческом этапах.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что его выводы и рекомендации способствуют совершенствованию процесса обучения физике студентов 1Т-направлений. Они представлены:

- в методических рекомендациях для преподавателей по использованию вычислительного эксперимента в качестве метода исследования физических процессов й явлений;

- в комплексе лабораторно-практических работ по проведению исследований физических процессов и явлений средствами вычислительного эксперимента;

- в разработанных характеристиках уровней овладения учебно-исследовательской деятельностью по физике средствами вычислительного эксперимента и способах диагностики данной деятельности.

Достоверность результатов исследования обеспечивается: научной обоснованностью исходных теоретических положений; применением комплекса теоретических и эмпирических методов, адекватных объекту, цели

и задачам исследования; использованием статистических методов обработки результатов исследования.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в ходе опытно-экспериментальной работы, посредством публикаций статей в печати и участия в работе межвузовских и всероссийских научно-практических конференциях в гг. Челябинске и Смоленске, а также в международных научно-практических конференциях (гг. Челябинск, Караганда, Новосибирск); в ходе выступлений на семинарах «Лаборатория молодого исследователя» ЧГПУ, отчетов на заседаниях кафедры теории и методики обучения физике ЧГПУ и кафедр информационных технологий и систем и математических, технических■и естественнонаучных дисциплин ЮУИУЭ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Низкий интерес к предмету «Физика», его трудность для понимания, оторванность от общей цели обучения для студентов 1Т-направлений свидетельствуют о необходимости активизации их учебно-познавательной деятельности, прежде всего, через профессиональную направленность обучения. Одним из способов решения данной проблемы является использование вычислительного эксперимента на занятиях по физике. Вычислительный эксперимент является средством интеграции предметного содержание физики и дисциплин профессионального цикла и реализуется на основе современных технологий компьютерного моделирования.

2. Учебно-исследовательская деятельность студентов по физике на основе вычислительного эксперимента состоит из восьми компонентов: постановка задачи, выдвижение гипотезы, формализация задачи, выбор программы моделирования, создание и отладка модели, планирование и проведение экспериментов с моделью, анализ и интерпретация результатов, использование модели. Каждый компонент состоит из .четырех действий: ориентировка, планирование, исполнение и контроль. На основе данной структуры и содержания деятельности можно выделить четыре уровня овладения способами деятельности по вычислительному эксперименту в области физики: нулевой, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий.

3. Методика использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности на занятиях по физике включает следующие компоненты: мотивационно-целевой, направленный на мотивацию студентов к изучению физики за счет профессиональной направленности обучения; содержательный, определяющий исследовательские физические задачи, решаемые с помощью вычислительного эксперимента, и, тем самым, способствующие интеграции предметного содержания физики и профессиональных умений студентов; технологический, определяющий активные методы обучения на основе самостоятельной работы и современные технологии моделирования для

организации активной исследовательской деятельности студентов по изучению физических закономерностей; рефлексивно-оценочный, направленный на организацию самооценки и самоанализа учебно-познавательной деятельности студентов. При этом занятия по физике организуются в четыре этапа (вводный, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий этапы), что способствует поэтапному формированию способов учебно-исследовательской деятельности по физике средствами вычислительного эксперимента.

4. Методика использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательцой ; деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике, будет эффективно функционировать при выполнении ряда педагогических условий: отбор современных программ моделирования, которые^ будут выступать средством реализации вычислительного эксперимента по физике;, наличие методических рекомендаций для студентов по проведению вычислительного эксперимента по физике в соответствии с, этапами исследовательской деятельности; взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

5. Использование вычислительного эксперимента на занятиях по физике у студентов 1Т-направлений позволяет повысить уровень активности студентов и уровень сформированное™ ряда общекультурных и профессиональных компетенций, проявляющихся в исследовательской деятельности по изучению физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка (186 наименований),, и 6 приложений. Рукопись содержит 256 страниц текста, в том числе 197 страниц основного текста, включающего 22 рисунка и 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность исследования; определены объект, предмет, цель, гипотеза и задачи исследования; рассмотрены методы исследования; сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов исследования. , , ,

В первой главе «Теоретические основы активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике» анализируется современное состой'нйе' п^бблемы, исследования, обосновывается • целесообразность - Использования'' вычислительного эксперимента на основе современных' ' технологий компьютерного моделирования в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике. .

Анализ исследований об активности позволил выделить структуру учебно-познавательной активности, которая характеризуется, внутренней и внешней сторонами. Внутренняя организация активности включает в себя

потребностно-мотивационную (потребности, мотивы, интересы), операционно-познавательную (компетенции: знания, умения, способы деятельности, опыт практической деятельности), морально-волевую (воля, целеустремленность, самостоятельность и т.д.) стороны личности. Внешняя организация активности проявляется в учебно-познавательной деятельности.

Если активность есть качество учебно-познавательной деятельности студентов, которое формируется в процессе этой деятельности, то активизация есть деятельность преподавателя по подбору средств, методов и форм организации занятий, направленных на повышение активности студентов в образовательном процессе. Решение проблемы активизации в теории и практике профессионального обучения осуществляется в нескольких направлениях: организация самостоятельной учебно-познавательной деятельности (М.А. Данилов, Б.П. Есипова, П.И. Пидкасистый, A.B. Усова, Т.И. Шамова и др.); поиск и внедрение активных методов обучения, направленных на организацию поисковой и. творческой деятельности студентов (Л.П. Аристова, М.М. Левина, И.Я. Лернер, А.И. Матюшкина, М.И. Махмутова, Т.И. Огородникова, М.Н. Скаткин, Т.И. Шамова и др.); формирование познавательных интересов (Л.И. Божович, B.C. Ильин, Е.А. Суховерова, Г.И. Щукина . и др.); профессиональная направленность обучения (В.Н. Артамонов, A.A. Вербицкий, Н.В. Вознесенская, P.A. Низамов и др.).

В данном исследовании в качестве фактора активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике выбрана интеграция профессионального и предметного содержания обучения. На основе анализа федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения для студентов IT-направлений, особенностей их будущей профессиональной деятельности и специфики предмета физики определено направление такой интеграции - использование элементов вычислительного эксперимента.

Вычислительный эксперимент в области физики — это метод познания физических процессов и явлений, основанный на создании компьютерной модели и проведении экспериментов с нею по определению поведения объекта исследования в различных условиях.

Вычислительный эксперимент предполагает практическую деятельность студентов, поэтому данный метод познания лучше реализовать на практических занятиях по физике. Использование элементов вычислительного эксперимента на занятиях по физике у студентов IT-направлений позволяет, кроме формирования общекультурной компетенции (OK-IC) - готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования), внести вклад -и в формирование ряда других компетенций. К ним отнесены: способность использовать технологии компьютерного моделирования для решения физических задач; способность

исследовать физические закономерности с помощью вычислительного эксперимента.

Результатом активизации является активная учебно-познавательная деятельность студентов. Основываясь на классификации Г.И. Щукиной, опишем три уровня активности: 1) репродуктивно-подражательная активность характеризуется деятельностью по образцу; 2) поисково-исполнительская активность характеризуется деятельностью, в которой учащийся самостоятельно выбирает средства решения поставленной задачи; 3) творческая активность предполагает самостоятельную постановку задачи и нахождение путей ее решения, т.е. творческую деятельность.

Анализ литературы по вычислительному эксперименту и компьютерному моделированию (X. Гулд, Р.В. Майер, А.В. Могилев, С.Е. Попов, М.И. Старовиков, М.С. Таранов, Я. Тобочник и др.) позволил выделить следующие компоненты деятельности по вычислительному эксперименту: постановка задачи моделирования; выдвижение гипотезы; формализация объекта моделирования; выбор технологии компьютерного моделирования; создание и отладка модели в выбранной программе; планирование и проведение экспериментов с моделью; анализ полученных результатов; использование модели.

Классический подход к проведению вычислительного эксперимента предполагает использование технологий программирования и численных методов. Особенности учебных планов студентов IT-направлений не позволяют реализовать данный подход. Поэтому мы предложили использовать другой подход, основанный на использовании современных технологий компьютерного моделирования. Одно из преимуществ таких программ состоит в том, что для создания модели в таких программах необходимо владеть только предметным содержанием, в нашем случае знаниями в области физики. Поставленные задачи вычислительного эксперимента успешно решаются средствами универсальных программ, пригодных для моделирования: табличных процессоров (MS Excel и др.); математических пакетов (MathCAD и др.); программ блочного моделирования (Simulink и др.), программ физического моделирования (20-sim и др.), программ, основанных на схемах гибридных автоматов (Model Vision Studium и др.).

Вторая глава «Методика активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на практических занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента» раскрывает содержание методики использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике. На основе компетентностного, деятельностного и системного подходов разработана модель методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента (рис. 1).

Внешние условия — цели обучения, удовлетворяющие социальному заказу общества и ФГОС В110: повышение качества знаний и умений в области физики; формирование совокупности общекультурных и профессиональных компетенций; формирование активности.

Методика активизации учебно-познавательной деятельности студентов

2 §

Цели: активизировать учебно-познавательную деятельность студентов через:

1) использование профессиональных знаний и умений для решения физических задач

2) организацию исследовательской деятельности по изучению физических процессов и явлении

3) организацию групповой и коллективной работы студентов

Содержание обучения:

1) исследовательские задачи, направленные на исследование физических процессов и явлений

2) вычислительный эксперимент в качестве основного метода исследования физических процессов и явлений

Методы обучения: частично-поисковые, исследовательские, проектные Средства обучения: современные технологии компьютерного моделирования физических процессов и явлений

Формы работы студентов: аудиторная и внеаудиторная, индивидуальная и групповая формы воспроизводящей, реконструктивно-вариативной, эвристической и творческой самостоятельной работы

Контроль и оценка знаний по физике, способов деятельности по вычислительному эксперименту в области физики посредством наблюдения, тестирования, контрольных работ по решению физических задач

Организация рефлексии на основе карточек самооцснки; использование нормативного, сопоставительного и личностного способов оценивания деятельности по исследованию физических процессов и явлений средствами вычислительного эксперимента

Учебно-познавательная деятельность студентов

Потребность в профессиональном

совершенствовании:

мотив: применение и развитие

профессиональных умений

интерес к изучению физических процессов и

явлений с помощью вычислительного

эксперимента

Деятельность по реализации вычислительного эксперимента -компоненты деятельности:

1. Постановка физической задачи

2. Выдвижение гипотезы

3. Формализация задачи

4. Выбор технологии моделирования

5. Создание модели

6. Планирование и проведение эксперимента

7. Анализ и интерпретация результатов

8. Использование модели

Самоконтроль: на основе обобщенного плана контроля за деятельностью по исследованию физических процессов и явлений с помощью вычислительного эксперимента Рефлексия и самооценка: самоанализ и самооценка учебно-познавательной деятельности и ее результатов

Результат: акгивная-учебно-познавательная деятельность; повышение качества знаний о физических процессах и явлениях; приобретение опыта индивидуальной и. коллективной исследовательской деятельности по изучению физических процессов и явлений.

Рис. 1. Структурная модель активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента ,

Результаты констатирующего эксперимента, проведенного среди 134 студентов IT-направлений в 2007 - 2008 году, показали: более половины студентов обладают низким качеством знаний в области физики; в изучении физики основными являются отрицательные мотивы, связанные с потребностью студентов в сдаче сессии и получении диплома. Данные результаты подтвердили необходимость разработки методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике и определили направления активизации (см. цели активизации на рис. 1).

На основе классификаций физических задач, данных A.B. Усовой, H.H. Тулькибаевой и A.A. Оспенниковым, нами была разработана классификация физических задач, решаемых средствами вычислительного эксперимента. Особо следует отметить, что для организации вычислительного эксперимента лучше всего подходят абстрактные^ частично-сформулированные учебно-исследовательские задачи. Выбор} Имённо таких задач позволяет превратить их в учебное исследование. Для вычислительного эксперимента подходят два вида задач (по способу решения): вычислительные и графические. При этом одна и та же компьютерная модель может включать в себя объект и вычислительной и графической задачи.

Для организации практических занятий по физике на основе вычислительного эксперимента необходимо разработать систему физических задач. К данной системе задач ломимо основных требований предъявляется ряд специфических: задачи должны содержать в себе возможность изменения начальных условий для организации исследовательской деятельности при их решении; в состав системы задач должны входить задания, требующие от учащихся деятельности разного характера и разного уровня; решение каждой задачи должно расширять и углублять знания студентов в области физики и/или в области технологий компьютерного моделирования.

Решение физических задач средствами вычислительного эксперимента включает в себя восемь компонентов деятельности, описанных выше. На основе предложенной A.B. Усовой и H.H. Тулькибаевой структуры учебной деятельности по решению задач в каждом компоненте деятельности по вычислительному эксперименту были выделены операции ориентировки, планирования, исполнения и контроля. Для успешного формирования всех операций в составе деятельности по вычислительному эксперименту необходимо организовать занятия в четыре этапа, в соответствии с этапами овладения деятельностью по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента: вводный, репродуктивно-подражательньш, поисково-исполнительный и творческий. В таблице 1 представлены дидактические структуры занятий для каждого этапа.

Таблица 1

Дидактические структуры занятий на каждом этапе овладения деятельностью по исследованию физических _закономерностей с помощью вычислительного эксперимента_

Структурные компоненты деятельности Этапы овладения деятельностью по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента

Вводный Репродуктивпо-подражательный Поисково-исполнительский Творческий

Структуры занятий по физике на кэ/вдом из этапов

Постановка задачи и выдвижение гипотез ее решения Формулировка задачи преподавателем и беседа по выдвижению гипотезы Формулировка задачи преподавателем и беседа по выдвижению гипотезы Формулировка задачи преподавателем, деление студентов на группы, начало групповой работы Создание проектов - внеаудиторная групповая самостоятельная работа

Формализация задачи Объяснение с элементами беседы Организация учебного исследования на основе методических рекомендаций (аудиторная индивидуальная самостоятельная работа) Организация учебного исследования на основе более или менее подробных методических рекомендаций (аудиторная или внеаудиторная групповая самостоятельная работа)

Выбор технологии моделирования Дискуссия Дискуссия

Создание и отладка модели Организация работы с программой моделирования па основе методических, рекомендаций (аудиторная индивидуальная самостоятельная работа) Организация работы с программой моделирования на основе методических рекомендаций (аудиторная индивидуальная самостоятельная работа)

Планирование и проведение эксперимента Организация учебного исследования на основе методических рекомендаций (аудиторная индивидуальная самостоятельная работа) Организация учебного исследования на основе методических рекомендаций (аудиторная индивидуальная самостоятельная работа)

Анализ и интерпретация результатов Фронтальная проблемная беседа по формулировке выводов Фронтальная проблемная беседа по формулировке выводов Организация конференции Организация конференции

Использование модели Организация решения задач на основе модели Подбор задач из сборников и их решение (внеауди-горная.индивидуалыгая самостоятельная работа) Внеаудиторная самостоятельная индивидуальная работа по решению задач Внеаудиторная самостоятельная индивидуальная работа по решению задач

Процессная модель поэтапного овладения деятельностью по исследованию физических процессов и явлений с помощью вычислительного экспериме1гга представлена на рис. 2.

Для успешной реализации предложенной методики активизации необходимы следующие педагогические условия:

1. Отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средствами реализации вычислительного эксперимента.

2. Разработка методических рекомендаций по вычислительному физическому эксперименту с описанием всех компонентов деятельности по вычислительному эксперименту в области физики (постановка задачи, формализация задачи, выбор технологии моделирования, создание модели, планирование и проведение эксперимента, анализ результатов, задачи для самостоятельного решения).

3. Взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов IT-направлений для определения алгоритмов создания компьютерных моделей, консультирования студентов по компьютерному моделированию и оценю! результатов их деятельности. Взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов начинается на поисково-исполнительском и, особенно важно, творческом этапах. Консультации этих преподавателей позволяет студентам усовершенствовать умения в области информационных технологий, а их присутствие на конференциях по обсуждению итогов вычислительного эксперимента делает оценку деятельности студентов более объективной. Второе условие обосновано и раскрыто нами ранее.

Рассмотрим пример методики организации занятий на репродуктивно-подражателыюм этапе по теме «Движение искусственного спутника Земли» (таблица 2). Основная задача моделирования формулируется следующим образом: искусственный спутник Земли (ИСЗ) запускается с высоты h со скоростью uo, перпендикулярной к радиусу Земли. Необходимо: рассчитать траекторию искусственного спутника Земли, исследовать влияние начальных условий на вид и форму траектории; определить величину первой и второй космических скоростей. Результатом моделирования движения искусственного спутника Земли в программе моделирования MVS, является визуальная модель и стенд управления данной моделью.

Реализация предложенной методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на практических занятиях по физике позволяет: активизировать учебно-познавательную деятельность за счет связи предметного содержания физики с профессиональным в области информационных технологий; поэтапно развивать и расширять исследовательские умения, а также знания в области физики и информационных технологий, тем самым способствовать формированию общекультурных и профессиональных компетенций; осуществлять интенсификацию процесса обучения за счет рационального использования самостоятельной работы студентов и информационных технологий.

Цель: определить и скорректировать уровень знании и умений студентов в области использования вычислительного эксперимента как средства изучения физических процессов и явлений; вызвать интерес к деятельности по вычислительному эксперименту в области физики

Содержание: физические задачи на закрепление полученных знаний и умений

Методы м приемы: репродуктивные методы: объяснение, беседа, деятельность по образцу; рассказ о возможностях технологий компьютерного моделирования

Организационные формы:

элементы воспроизводящей аудиторной индивидуальной самостоятельной работы

Контроль: наблюдение за учебно-познавательной деятельностью студентов

Результат: сформированность профессиональных мотивов, связанных с использованием технологий моделирования; сформированность знаний о структуре деятельности по вычислительному эксперименту в области физики; осознание роли компьютерных технологий в решении физических задач

Ре продуктивно-подражательный этап овладения деятельностью

Цель: научить использовать вычислительный эксперимент в качестве метода научного исследования физических процессов и явлений; вызвать интерес к исследовательской деятельности

Содержание:

физические задачи на изучение нового материала

Методы и приемы:

репродуктивные и частично-поисковые методы (решение проблем на отдельных этапах)

Организационные формы:

элементы рекЬнструкг'ивно-вариативной аудиторной индивидуальной самостоятельной работы

Контроль: наблюдение за деятельностью студентов, проверочная работа по решению физических задач с помощью компьютерных моделей, тестирование по физике

Результат: сформированность познавательных мотивов, связанных с исследовательской деятельностью по физике; сформированность умений осуществлять компоненты деятельности по вычислительному эксперименту в области физики; осознание роли вычислительного эксперимента как метода научного познания

ж:

Поисково-исполнительский этап овладения деятельностью

Цель: научить осуществлять исследовательскую деятельность по физике самостоятельно и в коллективе

Содержание: » Методы и приемы:

физические задачи на обобщение ] метод проектов и систематизацию знаний ;

Организационные формы:

эвристическая аудиторная и внеаудиторная групповая самостоятельная работа

Контроль: наблюдение за деятельностью студентов, выступление на учебных конференциях, проверочная оабота. тестиоование

Результат: сформированность мотивов самореализации и самосовершенствования; овладение деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики; осознание значения исследуемых физических закономерностей

Творческий этап овладения деятельностью

Цель: развитие навыков самообразования в области исследования физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента

Содержание:

физические задачи на расширение и углубление знаний

Методы и приемы:

метод проектов

Организацио1Шые формы: ,..

творческая внеаудиторная групповая

самостоятельная

Контроль: выступление на учебных конференциях

Результат: сформированность потребности в профессиональном совершенствовании; овладение деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики; осознание значения исследуемых физических закономерностей

Рис. 2. Процессная модель поэтапного овладения деятельностью по исследованию физических процессов и явлений с помощью вычислительного эксперимента

Таблица 2

Дидактическая структура занятия по теме «Искусственные спутники Земли» на основе' вычислительного

эксперимента ^ : ' . -

Л г Содержание методических рекомендаций ^Деятельность преподаватели и студентов

1. Постановка задачи: формулировка условия задачи ; Преподаватель: вопросы для беседы: \ 1) Сформулируйте закон вСемирного тяготения. ! 2) Достаточно ли дагшого закона для составления уравнения движения ! ИСЗ? 1 Студент: участие в беседе .1 . - :

2. г Формализация задачи: вопросы: 1) Изобразите схему движения искусственного спутника Земли. Укажите все силы, действующие на спутник. 2) Запишите дифференциальные уравнения движения в векторной форме и в проекциях на оси координат. 1 Преподаватель: наблюдение и консультирование 1 Студенты: аудиторная индивидуальная самостоятельная работа: работа с ! учебником, записи в тетрада

3. Выбор программы компьютерного моделирования: обоснование | Преподаватель: дискуссия по определению наиболее подходящей выбора программы MVS для создания модели ИСЗ программы для реализации модели ! Студент: участие в дискуссии

4 Создание модели: описание последовательности действий по созданию модели движения ИЗС в программе МУБ. | Преподаватель: наблюдение и консультирование ! Студенты: аудиторная индивидуальная самостоятельная работа: работа с 1 программой моделирования

5 Планирование и проведение экспериментов с моделью: вопросы: 1) Как зависит форма траектории, эксцентриситет и период обращения от скорости запуска спутника? 2) Как зависят параметры траектории от высоты запуска спутника? 3) Определите с помощью модели первую и вторую космические скорости. Сравните с табличными данными. 4) Определите первую и вторую космические скорости для Луны и Юпитера. ; Преподаватель: наблюдение и консультирование 1 Студенты: аудиторная индивидуальная самостоятельная работа: работа с 1 компьютерной моделью, самостоятельное составление таблиц, работа с | учебником

6 Анализ результатов: вопросы: I) От каких параметров и как ; Преподаватель: предлагает студентам сделать выводы по работе зависит форма траектории движения ИСЗ? 2) Какие допущения были | Студенты: самостоятельная формулировка выводов приняты при создании модели? 1

7 Использование модели: задачи для самостоятельного решения ; Преподаватель: формулировка домашнего задания: решить задачи с ! помощью созданной модели; подобрать из сборников несколько задач на ' движение ИСЗ и решить их с помощью модели | Студент: внеаудиторная индивидуальная самостоятельная работа: работа с ! компьютерной моделью, работа со сборниками задач

Третья глава «Экспериментальная проверка эффективности методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на практических занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента» раскрывает цели, задачи, этапы, критерии разработанной во второй главе методики. Целью педагогического эксперимента является апробация и проверка эффективности методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента. Поставленная цель достигается в ходе решения следующих задач: 1) определить критерии и разработать методы диагностики активности студентов в учебно-познавательной деятельности и сформированное™ общекультурных и профессиональных компетенций; 2) выявить исходное состояние подготовки студентов ГГ-направлений по физике, а также определить начальный уровень активности студентов; 3) проверить влияние разработанной методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента на развитие активности студентов и сформированность общекультурной и профессиональных компетенций; 4) подтвердить полученные выводы с помощью статистической обработки данных.

: Экспериментальное исследование проводилось1 в четыре . этапа: констатирующий, пробный, обучающий и контрольный. Педагогический эксперимент проводился со студентами ГГ-направлений (бакалавры «Информационные системы и технологии», бакалавры «Информатика и вычислительная техника», специалисты «Информационные системы и технологии», специалисты «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем») Южно-уральского института управления и экономики в 2007 - 2012 гг.

Эффективность разработанной методики активизации оценивалась по следующим критериям и показателям: 1. общий характер и направленность деятельности (направленность познавательных интересов, устойчивость волевых усилий, инициативность); 2. сформированность знаний в области физики (полнота знаний; прочность знаний); 3. владение деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики (полнота сформированное™ деятельности, самостоятельность деятельности).

Компетенции проявляются в деятельности, поэтому основным показателем сформированности выделенных ранее компетенций является деятельность по исследованию физических: закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Таким образом, по третьему критерию можно судить также о сформированности представленных компетенций.

Основными методами диагностики были ранжирование на основе наблюдения и анкетирования, поэлементный анализ на основе тестирования, пооперационный анализ на основе наблюдений за деятельностью. Экспериментальные данные обрабатывались с помощью методов

математической статистики с применением компьютерных программ SPSS Statistics, MS Excel.

В рамках констатирующего эксперимента (2007-2008 гг.) определялось состояние подготовки студентов IT-направлений по физике. При проведении данного этапа эксперимента были использованы следующие методы: анкетирование учащихся; наблюдение за учебно-познавательной деятельностью студентов. В анкетировании участвовало 134 студента. Наблюдение за учебно-познавательной деятельностью студентов было направлено на изучение уровня активности студентов. Наблюдения проводились в четырех группах общей численностью 98 человек. Результаты наблюдения показали, что большинство студентов (63,6%) обладают низким уровнем активности, 26% студентов - средним и лишь 10,4% студентов -высоким уровнем активности.

В ходе пробного эксперимента (2008 г.) было доказано положительное влияние вычислительного эксперимента по физике на уровень активности студентов.

Целью обучающего эксперимента являлась проверка эффективности разработанной методики поэтапного формирования активности учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на практических занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента. Обучающий эксперимент проводился в 2009 — 2010 гг., в нем приняли участие студенты четырех групп общей численностью 80 человек. На данном этапе использовался перекрестный эксперимент на двух пар групп.

В экспериментальных группах в процесс обучения проводились занятия по вычислительному эксперименту на основе специально разработанных методических рекомендаций, с помощью современных технологий компьютерного моделирования и с использованием элементов взаимодействия с преподавателями профессиональных предметов. При этом занятия организовывались поэтапно в соответствии со схемой на рис. 2. В контрольных группах занятия проходили в обычной форме, на них решались задачи из сборников задач.

Исследование велось в нескольких направлениях:

1. Сравнение конечных результатов контрольных и экспериментальных групп по показателям: направленность познавательных интересов, устойчивость волевых усилий, инициативность, полнота сформированное™ знаний по физике. Для всех показателей коэффициент эффективности методики активизации был выше 1, что свидетельствует об ее эффективности.

2. Исследование динамики развития у студентов экспериментальных групп показателей: направленность познавательных интересов, устойчивость волевых усилий, инициативность, владение научно-исследовательской деятельностью на основе вычислительного эксперимента.

На рис. 3 представлены результаты эксперимента по определению показателей первого критерия на различных этапах организации занятий. Из

рисунка видно, что и на первом (рис. 3, а), и на втором (рис. 3, б) этапах перекрестного эксперимента среднее значение первого критерия контрольной группы ниже экспериментальных. Кроме того, видна динамика развития показателей активности у студентов экспериментальной группы на различных этапах организации занятий по физике на основе вычислительного эксперимента (2 этап — репродуктивно-подражательный, 3 этап — поискоЁо-исполнительский).

6

О

к 5

о г <2 •а 'о 1 4

о 1 3

ев ^ 2

й О

а> С. Й 1

0

Исходное 2 этап состояние

01-К Е32-Э

3,5

3 этап

Исходное 2 этап состояние

81-Э □ 2-К

3 этап

а) б)

Рис. 3. Средние значение показателя первого критерия «Общий характер и направленность деятельности»: а) — 1 семестр обучения, б) — 2 семестр обучения

Владение научно-исследовательской деятельностью по изучению физических закономерностей средствами вычислительного эксперимента определялось на первом, втором и третьем этапах организации занятий по вычислительному эксперименту на основе пооперационного анализа деятельности (таблица 3).

Таблица 3

Результаты обучающего эксперимента по определению владения научно__исследовательской деятельностью

Группа 1 этап 2 этап 3 этап КР

Н Р-П П-И т Е Н Р-П П-И т Е Н Р-П П-И т г

1-Э 87 13 0 0 0,27 0 100 0 0 0,79 0 9 78 13 2,08 6,70

2-Э 96 8 0 0 0,26 0 100 0 0 0,77 0 13 74 13 2,09 7,04

3-Э 93 7 0 0 0,22 0 100 0 0 0,82 0 13 74 13 1,99 8,05

4-Э 94 6 0 0 0,24 0 100 0 0 0,79 0 11 83 6 1,98 7,25

Примечаниег. Н - нулевой уровень (% студентов), Р-П - репродуктивно-подражательный уровень (% студентов), П-И - поисково-исполнительский уровень (% студентов), Т -творческий уровень исследовательской деятельности (% студентов), Е - среднее значение показателя, Кр - коэффициент прироста.

На вводном этапе организации занятий почти все студенты владеют деятельностью по вычислительному эксперименту на нулевом уровне, на репродуктивно-подражательном этапе все студенты переходят на репродуктивно-подражательный уровень овладения деятельностью. На третьем этапе организации занятий по физике большинство студентов

овладевают деятельностью по вычислительному эксперименту на поисково-исполнительском уровне, а некоторые даже на творческом.

3. Исследование зависимости показателей процесса обучения от общего характера деятельности. С этой целью мы осуществляли корреляционный анализ (таблица 4).

Таблица 4

Результаты корреляционного анализа

№ Связь между общим характером и направленностью деятельности и... Коэффициент корреляции гь-Кендалла р-значение Р(Р) т

1 полнотой сформированное™ знаний в области физики 0,32 <0,01 0,66 0,34

2 уровнем владения научно-исследовательской деятельности 0,72 <0,01 0,86 0,14

Примечание: р — значимость критерия, Р[р) — вероятность совпадения (подтверждает прямую связь), Р(с[)~ вероятность инверсии (подтверждает обратную связь).

В ходе контрольного эксперимента были подтверждены результаты обучающего эксперимента. В контрольном эксперименте приняли участие студенты двух групп общей численностью 25 человек. Методика проведения контрольного эксперимента аналогична методике обучающего эксперимента. На рис. 4 представлены результаты контрольного эксперимента по определению общего характера и направленности деятельности, полноты усвоения знаний по физике, уровня овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики на первом и третьем этапах организации занятий.

1

'dJ

1 CD 0,8

§3 от 0,6

й

С s 0,4

X <L> 0,2

л

м 0

S

■ Я

ft

и

0,61

¡0,3

показатели общего характера деятельности

0,71

100 80 60 40 20 0

! этап

3 ->тап

показатель полноты

усвоения знании

по физике н контрольная группа

□ экспериментальная группа

1 уровень

^репродуктивно-подражательный уровень

□ поисково-исполнительский уровень

□ творческий уровень

а) б)

Рис. 4. Результаты контрольного эксперимента: а) - общий характер деятельности, полнота усвоения знаний по физике, б) - овладение студентами деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики

Таким образом, результаты опытно-экспериментальной работы подтвердили эффективность использования вычислительного эксперимента

как средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике.

В заключении излагаются основные результаты и приводятся основные выводы исследования.

В приложениях приведены дополнительные материалы, не вошедшие в основную часть диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВОВЫДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. В современных условиях высшего профессионального образования, диктуемых Федеральными государственными стандартами, актуальным является вопрос формирование активной познавательной деятельности студентов. Вместе с тем, в обучении физике как непрофильной дисциплине студентов ГТ-направлений существует ряд проблем, прежде всего, отсутствие у студентов интереса к предмету. Организация профессиональной направленности обучения, которое можно реализовать средствами вычислительного эксперимента для изучения физических закономерностей, позволит решить данную проблему.

2. Одним из направлений активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений на занятиях по физике является интеграция предметного содержания курса физики и дисциплин профессионального цикла. В основу этой интеграции положен вычислительный эксперимент как ,особый метод исследования физических закономерностей через построение и изучение компьютерной модели объекта исследования.

3. Методика использования вычислительного эксперимента на занятиях по физике в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений, .включающая в себя мотивационный, содержательный, технологический и рефлексивно-оценочный компоненты, позволяет организовать исследовательскую деятельность по изучению физических процессов и явлений с помощью вычислительного эксперимента, реализуемого на основе современных технологий компьютерного моделирования.

4. Методика использования вычислительного эксперимента на занятиях по физике в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов ГГ-направлений будет эффективной, если будут выполнены следующие условия: отобраны современные программы компьютерного моделирования, которые выступают средствами реализации вычислительного эксперимента по физике; разработаны методические рекомендации для студентов по вычислительному эксперименту по физике на основе этапов исследовательской деятельности; организовано взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

5. С целью лучшего овладения исследовательской деятельностью по изучению физических процессов и явлений с помощью вычислительного эксперимента занятия по физике необходимо организовать в четыре этапа:

вводный, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий. Каждый этап определен своими целями, методами, формами организации деятельности студентов, типами используемых задач для вычислительного эксперимента и формами контроля.

6. Экспериментальное исследование разработанной методики показало, что организация исследовательской деятельности студентов по изучению физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента позволит повысить уровень активности студентов и внести вклад в формирование профессиональных компетенций студентов.

Данное исследование не исчерпывает всех вопросов, связанных с активизацией учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике. Оно может быть продолжено в направлении поиска других оснований интеграции профессионального и предметного содержания, например, использование профессионального содержания в физических задачах.

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах

1. Мухина, Ю.Р. Методика применения вычислительного эксперимента на практических занятиях по физике как одна из составляющих основной образовательной программы IT-специалистов / Ю.Р. Мухина // Вестник Южно-Уральского государственного университета, серия «Образование. Педагогические науки». —2011. —№ 38 (255). -С. 90-95.

2. Мухина, Ю. Р. Активизация исследовательской деятельности студентов IT-специальностей на практических занятиях по физике / Ю.Р. Мухина//Сибирский педагогический журнал. —2012. —№ 1. —С. 329-337.

3. Мухина, Ю.Р. Развитие уровней освоения компонентами вычислительного физического эксперимента на различных этапах активизации деятельности студентов IT-направлений / Ю.Р. Мухина // Вестник челябинского государственного педагогического университета. — 2012.-№ 1.-С. 128-136.

Научные статьи и материалы конференций

4. Мухина, Ю.Р. Информационные технологии в обучении физике студентов ИТ-специальностей / Ю.Р. Мухина // Актуальные вопросы качества подготовки специалистов в условиях перехода на новый государственный образовательный стандарт: труды межвузовской науч,-прак. конф. преподавателей вузов, ученых специалистов (21 мая, 2009 г.) — Челябинск : ООО «Полиграф-Мастер», 2009. - С. 37-43.

5. Мухина, Ю.Р. Организация самостоятельной работы студентов IT-специальностей на практических занятиях по физике с применением информационных технологий / Ю.Р. Мухина // Вузовское преподавание: стратегия развития в условиях модернизации высшего профессионального образования. Материалы 9 междунар. науч.-прак. конф., часть 1, 27—28 октября, 2009 г. - Челябинск: Изд-во «Образование», 2009. -4.1 -С.187-191.

6. Мухина, Ю.Р. Соотношение понятий «информационные технологии» и «современные информационные технологии» в обучении /

Ю.Р. Мухина II Молодой ученый. — Чита * ООО «Издательство Молодой ученый», 2009. - № 11. - С. 295-298.

7. Мухина, Ю.Р. Роль физики в формировании профессиональной компетентности IT-специалиста / Ю.Р. Мухина // Модернизация системы профессионального образования на основе регулируемого эволюционирования: материалы VIII Всерос. науч.-прак. конф.: в 8 ч. 4.1 / Академия повышения квалификации и проф. переподготовки работников образования; Челябинский институт перепод. и повыш. квалиф. работ, образ.; отв. ред. Д.Ф. Ильясов. -М. : Образование, 2009. - С. 123-129.

8. Мухина, Ю.Р. Программное обеспечение для обучения физике студентов IT-специальностей / Ю.Р. Мухина // Методология и методика информатизации образования в многоступенчатой структуре высшей школы: материалы Всерос. науч.-прак. конф. (7-8 декабря, 2009 г.). - Смоленск : Изд-во СМОЛГУ, 2009.-С. 129-135.

9. Мухина, Ю.Р. Физические задачи, решение которых осуществляется с помощью современных информационных технологий / Ю.Р. Мухина // Методология-и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов / под ред. O.P. Шефер: материалы XVII Междунар. науч.-праюг. конф., 17-18 мая, 2010 г. - Челябинск : Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2010. -Ч. I-C. 69-73.

10. Мухина, Ю.Р. Компьютерное моделирование на практических занятиях по физике у студентов IT-специальностей / Ю.Р. Мухина // Высшее образование сегЬдня: традиции и инновации: Мат-лы междунар. науч. конф. - Караганда : Центр гуманитарных исследований, 2010. - С. 223-228.

И. Мухина, Ю.Р. Использование метода проектов на практических занятиях' по' -физике у студентов IT-специальностей / Ю.Р. Мухина // Инновационные проекты и программы в образовании. - 2010. - № 4. — С. 1618. "

12.¡ Мухина, Ю.Р. Использование компьютерных технологий при формировании понятия «статистическое распределение» у студентов вузо& / Ю.Р. Мухина // Усовские чтения. Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: мат-лы XVIII междунар. науч.-практ. конф'., 14-15 апреля 201Г г. В 2 ч. / под ред.-O.P. Шефер. - Челябинск[: «Край Ра», 2011. -4.1. • С. 213-216.

13. Мухина, Ю.Р. Структура практических занятий по физике с использованием элементов компьютерного моделирования / Ю.Р. Мухина // Современные тенденции в экономике и управлении: новый взгляд / Труды междунар. межвузовской науч.-практ. конференции преподавателей вузов, ученых и специалистов (26 апреля, 2011.). - Челябинск : Центр научного сотрудничества, 2011. -С. 102-109.

14. Мухина, Ю.Р. Структура задач, основанных на вычислительном физическом эксперименте / Ю.Р. Мухина И Проблемы и перспективы развитая образования в России: сборников материалов X Междунар. науч,-

практ. конференции / под общ. ред. С.С. Чернова. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011 г.-С. 113-118.

15. Мухина, Ю.Р. Активизация учебно-познавательной деятельности студентов на практических занятиях по физике / Ю.Р. Мухина // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - М. : Литера, 2011. — №5 (28). -С. 158-160.

16. Мухина, Ю.Р. Понятия «вычислительный эксперимент» и «моделирование» в теории и практике обучения физике / Ю.Р. Мухина // Усовские чтения. Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: мат-лы XIX междунар. науч.-практ. конф., 12-13 апреля 2012 г. В 2 ч. / под ред. О.Р. Шефер - Челябинск : «Край Ра», 2012.-Ч. 1.-С. 149-152.

Методические рекомендации

17. Мухина, Ю.Р. Сборник лабораторно-практических работ: вычислительный физический эксперимент: учебно-методическое пособие / Ю.Р. Мухина. — Челябинск : Центр оперативной полиграфии «NataliPrint», 2011,- 104 с.

18. Мухина, Ю.Р. Сборник лабораторно-практических работ: вычислительный физический эксперимент. Часть 2: учебно-методическое пособие / Ю.Р. Мухина. - Челябинск : Центр оперативной полиграфии «NataliPrint», 2012. - 108 с.

Подписано в печать 16.04.2012. Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч-изд. л 1,2. Тираж 60 экз. Заказ 0420-68 Отпечатано в типографии «Центр Научного Сотрудничества»

ООО «БизнесКом» г. Челябинск, ул Воровского, 50-6,

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Мухина, Юлия Рамилевна, 2012 год

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКТИВИЗАЦИИ УЧЕБНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ IT-НАПРАВЛЕНИЙ НА ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ.

1.1. Психолого-педагогический анализ проблемы активизации учебно-познавательной деятельности студентов.

1.2. Проблема активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике.

1.3. Вычислительный эксперимент по физике на основе современных технологий компьютерного моделирования.

Выводы по I главе.

ГЛАВА II. МЕТОДИКА АКТИВИЗАЦИИ УЧЕБНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ IT-НАПРАВЛЕНИЙ НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ СРЕДСТВАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Модель проектирования процесса активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента.

2.2. Требования к физическим задачам, решаемым средствами вычислительного эксперимента.

2.3. Методика проведения занятий по физике на основе вычислительного эксперимента.

Выводы по II главе.

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ АКТИВИЗАЦИИ УЧЕБНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ ГГ-НАПРАВЛЕНИЙ НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ СРЕДСТВАМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО

ЭКСПЕРИМЕНТА.

3.1. Организация и задачи педагогического эксперимента.

3.2. Методика проведения и анализ результатов констатирующего и пробного эксперимента.

3.3. Методика проведения и анализ результатов обучающего и контрольного экспериментов.

Выводы по III главе.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Вычислительный эксперимент на занятиях по физике как средство активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений"

Современное общество выдвигает новые требования к выпускнику ВУЗа. Во-первых, он должен быть компетентен не только в своей области, но и способен действовать в смежных отраслях. Во-вторых, одним из важных качеств выпускника становится не столько набор имеющихся знаний и навыков, сколько стремление к постоянному профессиональному и личностному развитию. Данные качества позволят выполнять свою работу эффективно на уровне мировых стандартов, а, следовательно, сделают будущего специалиста конкурентоспособным в условиях рыночной экономики. Поэтому есть необходимость в модернизации высшего профессионального образования, на что и направлены стандарты третьего поколения.

Процесс обучения должен стимулировать активность и самостоятельность студентов в познавательной деятельности с последующим переносом этих качеств в профессиональную деятельность. Поэтому основными требованиями к профессиональному образованию являются: интеграция профессионального и предметного содержания при изучении всех дисциплин, а также активность и самостоятельность студентов в процессе обучения. Таким образом, весь процесс обучения должен быть подчинен единой цели - подготовка компетентного специалиста. Для этого необходимо пересмотреть содержание, формы, методы и средства обучения по всем дисциплинам. При этом обучение непрофильным дисциплинам должно носить профессиональную направленность.

Мы рассматриваем вопрос обучения физике студентов 1Т-направлений: бакалавры «Информационные системы и технологии» и бакалавры «Информатика и вычислительная техника». Для данных направлений предмет физика входит в базовую часть математического и естественнонаучного цикла. Согласно стандартам третьего поколения, основной целью обучения данному предмету является освоение основных физических закономерностей и методов теоретического и экспериментального исследования, с последующим использованием знаний в профессиональной деятельности. Между физикой и информатикой, как базовой наукой для студентов 1Т-направлений, есть тесная взаимосвязь. На основе физических закономерностей построены все аппаратные устройства компьютерной техники, особенно важными оказываются разделы «Колебания и волны», «Оптика», «Электромагнитные явления». Кроме того, в самой науке физики, как одной из основных наук о природе, заложены основные методы исследования: теоретические (формализация, идеализация, аксиоматический метод, моделирование, системный подход, структурно-функциональный метод и т.д.) и эмпирические (наблюдение, эксперимент). Умение применять данные методы хорошо развивается при решении физических задач и выполнении лабораторных работ. А способность проводить теоретические и экспериментальные исследования является одной из профессиональных компетенций выпускников 1Т-направлений.

Профессиональная деятельность специалистов в области 1Т-направлений носит прикладной характер, т.е. связана с информационной поддержкой производственных, экономических, управленческих и прочих процессов. Поэтому еще одним из основных требований к выпускникам 1Т-направлений является овладение способами применения информационных технологий для решения практических задач в различных предметных отраслях. В соответствии с данным требованием, целесообразно научить студентов использовать информационные технологии для решения физических задач.

Несмотря на важность изучения физики, у большинства студентов возникают проблемы при изучении данной дисциплины, связанные, прежде всего, с отсутствием интереса к предмету. Поэтому мы видим необходимость в разработке методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на практических занятиях по физике. 5

Проблема активизации учебно-познавательной деятельности определена также социальным заказом общества. Современный специалист должен стремиться к постоянному профессиональному и личностному развитию. Формирование данного качества может быть реализовано через формирование активности и самостоятельности в познавательной деятельности. Кроме того, предмет «Физика» достаточно трудный для понимания и восприятия. Основными мотивами к изучению физики являются внешние мотивы, а не личные, познавательные. А для успешного усвоения предмета у студентов должен быть высокий уровень мотивации, а, следовательно, и активности.

Еще одной проблемой обучения физике является ее кажущаяся оторванность от общей цели обучения. Будущая профессиональная деятельность студентов 1Т-направлений связана с использованием современных информационных технологий в различных сферах деятельности. В свою очередь, обучение физике направлено на приобретение студентами знаний о физических закономерностях природы, их применении в жизни и технике, а также овладении основными методами физического исследования. Одной из самых распространенных информационных технологий, применяемых в физической науке, является технология компьютерного моделирования. Но для физических исследований мало построить компьютерную модель процесса или явления, немаловажным является деятельность по проведению экспериментов с данной моделью. Особый вид познания, который включает в себя построение компьютерной модели физического процесса или явления и работу с моделью для исследования данного процесса или явления, называют вычислительным экспериментом. Вычислительный эксперимент в области физики может выступать в качестве метода познания физических закономерностей. Таким образом, мы можем интегрировать профессиональные навыки будущих выпускников в области информационных технологий и предметное содержание физики.

Еще одним аспектом, обуславливающим актуальность проблемы активизации, является интенсификация процесса обучения. Количество аудиторной нагрузки по предмету физика невелико, в то время как круг вопросов, подлежащих рассмотрению, очень широк. Это приводит к увеличению доли самостоятельной работы студентов. Активизация учебно-познавательной деятельности повышает качество самостоятельной работы, в то же время выполнение самостоятельной работы приводит к активности студентов.

Таким образом, возникает необходимость в разработке новой методики обучения, основанной на активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений на практических занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента.

Вопрос активизации учебно-познавательной деятельности студентов широко рассмотрен в теории и практике обучения физике и отражен в трудах С.С. Великановой, A.A. Вербицкого, Г.А. Каменевой, A.B. Карпушева, P.A. Низамова, JI.B. Павловой, JI.H. Разумовой, Е.Д. Тельмановой и др. Одним из способов активизации учебной деятельности студентов является связь теоретического содержания предмета с практической профессиональной деятельностью. Данный аспект является основой контекстного обучения, предложенного A.A. Вербицким и положенного в основу педагогических исследований O.A. Григоренко, А.И. Жуковой, А.Н. Картежниковой, Н.В. Кузьминой, Е.М. Поповой, К.В. Шапошникова и ДР

Вычислительный эксперимент в методике обучения физики рассмотрен в работах Л.П. Глазовой, С.Е. Попова, Р.П. Федоренко, A.A. Финагина и др.

Также большое число исследований посвящено использованию компьютерного моделирования при обучении физике (Э.В. Бурсиан, Н.В.

Вознесенская, A.C. Кондратьев, М.В. Ларионов, Р.В. Майер, A.A.

Оспенников, О.Г. Ревинская, Н.Б. Розова, Л.Х. Умарова и др.). В некоторых исследованиях компьютерное моделирование рассматривается с позиции 7 использования готовых компьютерных моделей, например фирмы «Физикон», или авторских компьютерных моделей. Данный подход не даст эффективных результатов для студентов 1Т-направлений, так как для развития профессиональных умений студентам необходимо научиться самостоятельно создавать модели, а не использовать готовые. Создание моделей возможно еще с помощью систем программирования. Мы считаем, что данный подход может превратить занятия по физике в занятие по программированию и тем самым отвлечь от сути изучаемых физических явлений, так как программирование является трудоемкой деятельностью и требует больших временных затрат. Поэтому, наиболее адекватной методикой является использование специализированных программ для создания компьютерных моделей физических процессов и явлений.

Несмотря на то, что вопрос использования компьютерного моделирования в обучении физике рассматривается во многих исследованиях, до сих пор не изучены специфика использования вычислительного эксперимента как средства активизации учебно-познавательной деятельности именно студентов 1Т-направлений на занятиях по физике, а также проблема проектирования лабораторно-практических работ по вычислительному физическому эксперименту на базе современных программных средств моделирования.

Таким образом, можно выделить ряд противоречий, существующих в обучении физике студентов 1Т-направлений:

- на социально-педагогическом уровне: между требованиями к высшему профессиональному образованию, выраженными в необходимости активизации деятельности студентов и профессиональной направленности обучения, и недостаточной разработанностью путей и средств активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений через интеграцию профессионального и предметного содержания обучения физике;

- на научно-теоретическом уровне: между высоким уровнем проработанности в науке различных аспектов использования вычислительного эксперимента и компьютерного моделирования при обучении физике и недостаточностью обоснования роли вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике;

- на научно-методическом уровне: между целесообразностью и возможностью активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике за счет интеграции профессиональных умений и предметного содержания курса средствами вычислительного эксперимента и слабой разработанностью соответствующих содержания, методов, средств и форм обучения;

- на практическом уровне: между большим количеством методических пособий по созданию компьютерных моделей физических процессов и явлений и отсутствием методических рекомендаций по активизации учебно-познавательной деятельности студентов через организацию поэтапного овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики.

Необходимость разрешения выделенных противоречий определила актуальность исследуемой проблемы, которая заключается в поиске ответа на вопрос: «Каковы пути активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике?»

В соответствие с противоречиями и проблемой можно сформулировать тему исследования «Вычислительный эксперимент на занятиях по физике как средство активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений».

Объект исследования: обучение физике студентов ГГ-направлений.

Предмет исследования: процесс активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента.

В работе приняты ограничения:

- элементы вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений используются на практических занятиях по физике;

- преподаватель физики должен владеть современными программами моделирования на уровне достаточном для создания учебных физических моделей;

- кабинет физики должен быть оборудован компьютерами (или должна быть возможность проводить занятия по физике в компьютерном классе), на которых установлены соответствующие программы моделирования.

Цель исследования: теоретически обосновать и разработать методику активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента, а также выявить комплекс педагогических условий, обеспечивающих ее эффективное функционирование.

Гипотеза исследования. Использование вычислительного эксперимента по физике приведет к активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике, если:

- интегрировать предметное содержание курса физики и дисциплин профессионального цикла студентов 1Т-направлений на основе вычислительного эксперимента в области физики;

- в качестве основы мотивационно-целевого компонента методики рассмотреть потребность студентов в профессиональном совершенствовании, в основе содержательного компонента -исследовательские физические задачи, решаемые с помощью вычислительного эксперимента, технологического компонента -организацию поэтапного овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики, а рефлексивно-оценочного компонента -различные способы самооценки и самоанализа деятельности по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента;

- выполнить ряд педагогических условий: отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средствами реализации вычислительного эксперимента по физике; наличие методических рекомендаций для студентов по выполнению вычислительного эксперимента по физике в соответствии с этапами исследовательской деятельности; взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

Исходя из цели и гипотезы, были выдвинуты следующие задачи исследования:

1. Выявить состояние проблемы исследования в теории и практике обучения физике студентов 1Т-направлений на основе анализа: нормативных документов (Федеральных государственных образовательных стандартов, учебно-методических планов и рабочих программ), психолого-педагогической и методической литературы.

2. Определить содержание и структуру деятельности студентов по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Сформулировать требования к физическим задачам, решаемым средствами вычислительного эксперимента, осуществить отбор задач и разработать методические рекомендации для организации данной деятельности.

3. Разработать структуру и содержание учебных занятий, отобрать эффективные методы, приемы и формы обучения, направленные на активизацию учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента.

11

4. Выявить условия эффективного функционирования данной методики.

5. Осуществить педагогический эксперимент, в ходе которого проверить эффективность разработанной методики и условий ее успешного функционирования.

Методологическую основу исследования составляют:

- исследования в области системного подхода (A.B. Антонов, И.В. Блауберг, М.А. Гайдес, И.В. Прангишвили, В.Н. Садовский, Э.Г. Юдин и др.);

- исследования в области компетентностного подхода к обучению (В.И. Бойденко, В.И. Болотов, H.H. Гриценко, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, В.В. Сериков, A.B. Хуторской и др.);

- исследования в области деятельностного подхода (Б.Г. Ананьев, JI.C. Выготский, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, P.C. Немов, C.JI. Рубинштейн, Г.В. Суходольский, Д.Б. Эльконин и др.);

- исследования по активизации учебно-познавательной деятельности студентов (В.Н. Артомонов, С.С. Великанова, A.A. Вербицкий, Б.П. Есипов Г.А. Каменева, P.A. Низамов, JI.B. Павлова, JT.H. Разумова, Е.Д. Тельманова и др.);

- исследования по организации самостоятельной учебно-познавательной деятельности учащихся и студентов (В.А. Антропов, Е.П. Белкин, В.А. Беловолов, С.П. Беловолова, Б.П. Есипов, Е.В. Оспенникова, С.А. Пакулина, П.И. Пидкасистый, A.B. Усова, Н.С. Часовских, Т.Н. Шаламова и др.);

- работы по теории и практике вычислительного эксперимента (Л.П. Глазовой, С.Е. Попова, М.И. Старовиков, М.С. Таранов, Р.П. Федоренко, A.A. Финагина и др.) и компьютерного моделирования (Н.В. Вознесенская, A.C. Кондратьев, М.В. Ларионов, Р.В. Майер, A.A. Оспенников, О.Г. Ревинская, Н.Б. Розова, Л.Х. Умарова и др.);

- работы по организации, проведению и обработки результатов педагогического исследования (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.П. Давыдов, А.Д. Наследов, A.M. Новиков, A.A. Попова, М.Н. Скаткин и

ДР-)

Методы исследования: в работе применялись как теоретические методы исследования (анализ нормативных документов, психолого-педагогической и методической литературы по проблеме; обобщение педагогического опыта использования вычислительного эксперимента и компьютерных технологий на практических занятиях по физике), так и эмпирические (тестирование, анкетирование, опрос, наблюдение, педагогический эксперимент - констатирующий, пробный, обучающий, контрольный), метод моделирования.

Экспериментальная база и этапы исследования. Опытно-экспериментальная работа проводилась на базе Южно-уральского института управления и экономики. В эксперименте приняли участие студенты II—IV курсов, обучающиеся по следующим направлениям: бакалавры «Информационные системы и технологии», бакалавры «Информатика и вычислительная техника», специалисты «Информационные системы и технологии», специалисты «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

На первом этапе (2007 - 2008 гг.): проводились изучение и анализ психолого-педагогической и методической литературы, в том числе и диссертационных исследований по тематикам, близким к проблеме исследования, а также анализ нормативных документов; определились методологические основы исследования, подходы, методы и средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов на занятиях по физике и роль вычислительного эксперимента в активизации учебно-познавательной деятельности студентов IT-направлений; проводился констатирующий и пробный эксперименты по определению исходного уровня активности студентов на практических занятиях по физике.

13

На втором этапе (2009 - 2010 гг.): разрабатывалась методика использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-специальностей на занятиях по физике; определялись методы, приемы, средства и формы обучения, этапы организации практических занятий по физике на основе вычислительного эксперимента; разрабатывались и систематизировались лабораторно-практические работы по вычислительному эксперименту; проводился обучающий эксперимент по выявлению влияния использования вычислительного эксперимента на учебно-познавательную активность студентов, а также на знания в области физики, умения работать с программами компьютерного моделирования, овладение исследовательской деятельностью по изучению физических процессов и явлений, коммуникативные умения студентов; анализировались и обобщались результаты экспериментального обучения.

На третьем этапе (2011 - 2012 гг.): проводился контрольный эксперимент; осуществлялись анализ и обработка опытно-экспериментальной работы; проверялось соответствие гипотезы и экспериментальных результатов; формулировались выводы и практические рекомендации по итогам исследования.

Научная новизна проводимого исследования состоит в том, что:

1. Определена роль вычислительного эксперимента на занятиях по физике у студентов 1Т-направлений как средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов, позволяющего реализовать профессиональную направленность обучения физике.

2. Научно обоснована и разработана методика активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике, состоящая из четырех компонентов:

- мотивационно-целевого, в котором актуализируется направленность обучения физике на применение и развитие профессиональных умений студентов 1Т-направлений;

14

- содержательного, представленного банком исследовательских задач, решаемых средствами вычислительного эксперимента и описанием структуры деятельности по решению таких задач, состоящей из восьми этапов (постановка задачи, выдвижение гипотезы, формализация задачи, выбор технологии моделирования, создание и отладка модели, планирование и проведение экспериментов с моделью, анализ результатов, использование модели для решения физических задач);

- технологического, представленного в активных методах обучения и формах самостоятельной работы, способствующих организации овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики, включающей вводный, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий этапы;

- рефлексивно-оценочного, представляющего нормативный, сопоставительный и личностный способы самооценки деятельности по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента.

3. Выявлен комплекс педагогических условий эффективного использования вычислительного эксперимента на занятиях по физике: отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средствами реализации вычислительного эксперимента по физике; наличие методических рекомендаций для студентов по проведению вычислительного эксперимента по физике в соответствии с этапами исследовательской деятельности; взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

Теоретическая значимость исследования выражается в том, что его результаты способствуют дальнейшему развитию теории и методики обучения физике как непрофильному предмету студентов 1Т-направлений:

- обоснована целесообразность включения в процесс обучения физике студентов 1Т-направлений вычислительного эксперимента, обеспечивающего профессиональную направленность обучения физике и, как следствие, активизацию учебно-познавательной деятельности студентов;

- разработаны требования к системе физических задач, решаемых с помощью вычислительного эксперимента, и способствующих организации поэтапного овладения деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики;

- разработаны четырехкомпонентная структурная модель методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента, и процессная модель овладение студентами исследовательской деятельностью по изучению физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента на вводном, репродуктивно-подражательном, поисково-исполнительском и творческом этапах.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что его выводы и рекомендации способствуют совершенствованию процесса обучения физике студентов 1Т-направлений. Они представлены:

- в методических рекомендациях для преподавателей по использованию вычислительного эксперимента в качестве метода исследования физических процессов и явлений;

- в комплексе лабораторно-практических работ по проведению исследований физических процессов и явлений средствами вычислительного эксперимента;

- в разработанных характеристиках уровней овладения учебно-исследовательской деятельностью по физике средствами вычислительного эксперимента и способах диагностики данной деятельности.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Низкий интерес к предмету «Физика», его трудность для понимания, оторванность от общей цели обучения для студентов 1Т-направлений свидетельствуют о необходимости активизации их учебнопознавательной деятельности, прежде всего, через профессиональную направленность обучения. Одним из способов решения данной проблемы является использование вычислительного эксперимента на занятиях по физике. Вычислительный эксперимент является средством интеграции предметного содержание физики и дисциплин профессионального цикла и реализуется на основе современных технологий компьютерного моделирования.

2. Учебно-исследовательская деятельность студентов по физике на основе вычислительного эксперимента состоит из восьми компонентов: постановка задачи, выдвижение гипотезы, формализация задачи, выбор программы моделирования, создание и отладка модели, планирование и проведение экспериментов с моделью, анализ и интерпретация результатов, использование модели. Каждый компонент состоит из четырех действий: ориентировка, планирование, исполнение и контроль. На основе данной структуры и содержания деятельности можно выделить четыре уровня овладения способами деятельности по вычислительному эксперименту в области физики: нулевой, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий.

3. Методика использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности на занятиях по физике включает следующие компоненты: мотивационно-целевой, направленный на мотивацию студентов к изучению физики за счет профессиональной направленности обучения; содержательный, определяющий исследовательские физические задачи, решаемые с помощью вычислительного эксперимента, и, тем самым, способствующие интеграции предметного содержания физики и профессиональных умений студентов; технологический, определяющий активные методы обучения на основе самостоятельной работы и современные технологии моделирования для организации активной исследовательской деятельности студентов по изучению физических закономерностей; рефлексивно-оценочный,

17 направленный на организацию самооценки и самоанализа учебно-познавательной деятельности студентов. При этом занятия по физике организуются в четыре этапа (вводный, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий этапы), что способствует поэтапному формированию способов учебно-исследовательской деятельности по физике средствами вычислительного эксперимента.

4. Методика использования вычислительного эксперимента в качестве средства активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике будет эффективно функционировать при выполнении ряда педагогических условий: отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средством реализации вычислительного эксперимента по физике; наличие методических рекомендаций для студентов по проведению вычислительного эксперимента по физике в соответствии с этапами исследовательской деятельности; взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений.

5. Использование вычислительного эксперимента на занятиях по физике у студентов 1Т-направлений позволяет повысить уровень активности студентов и уровень сформированности ряда общекультурных и профессиональных компетенций, проявляющихся в исследовательской деятельности по изучению физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента.

Достоверность результатов исследования обеспечивается: научной обоснованностью исходных теоретических положений; применением комплекса теоретических и эмпирических методов, адекватных объекту, цели и задачам исследования; репрезентативностью полученных экспериментальных данных, количественным и качественным их анализом; использованием математических методов обработки результатов исследования.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялось: в ходе опытно-экспериментальной работы, на межвузовской научно-практической конференции (Актуальные вопросы качества подготовки специалистов в условиях перехода на новый государственный образовательный стандарт, г. Челябинск, 2009), всероссийских научно-практических конференциях (Модернизация системы профессионального образования на основе регулируемого эволюционирования, г.Челябинск, 2009; Методология и методика информатизации образования в многоступенчатой структуре высшей школы, г.Смоленск, 2009) и международных научно-практических конференциях (Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов ВУЗов, г.Челябинск, 2009; Вузовское преподавание: стратегии инновационного развития в условиях модернизации высшего профессионального образования, г.Челябинск, 2009; Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов ВУЗов, г.Челябинск, 2010; Высшее образование сегодня: традиции и инновации, г.Караганда, 2010; Усовские чтения, г.Челябинск, 2011; Современные тенденции в экономике и управлении: новый взгляд, г.Челябинск, 2011; Проблемы и перспективы развития образования в России, г.Новосибирск, 2011; Усовские чтения, г.Челябинск, 2012); в ходе выступлений на семинарах «Лаборатория молодого исследователя» ЧГПУ, отчетов на заседании кафедры теории и методики обучения физике ЧГПУ и кафедр информационных технологий и систем и математических и естественнонаучных дисциплин ЮУИУЭ; посредством публикации статей в печати.

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

Выводы по III главе

В ходе диссертационного исследования был проведен педагогический эксперимент, состоящий из четырех этапов: констатирующий, пробный, обучающий и контрольный. В процессе проведения эксперимента были сделаны следующие выводы:

1. Констатирующий эксперимент показал необходимость активизации деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике, позволил обосновать возможность использовать в качестве средства активизации вычислительный эксперимент, необходимость в разработке методических рекомендаций по организации исследований физических закономерностей средствами вычислительного эксперимента и целесообразность поэтапной организации практических занятий по физике на основе вычислительного эксперимента.

2. Педагогический эксперимент был направлен на определение уровня активности студентов, а также сформированности их общекультурных и профессиональных компетенций. Анализ исследований в области активизации учебно-познавательной деятельности учащихся и студентов, а также определение структуры выделенных компетенций позволили определить следующие критерии и показатели эффективности разработанной методики: общий характер и направленность деятельности (направленность познавательных интересов, устойчивость волевых усилий, инициативность), сформированность знаний в области физики (полнота знаний, прочность знаний), владение деятельностью по вычислительному эксперименту в области физики (полнота сформированности деятельности, самостоятельность деятельности). Для диагностики показателей использовалась система методов (наблюдение, тестирование, опрос и т.д.) и способов (контрольные работы, тесты, бланки наблюдений и т.д.) их определения. Достоверность полученных выводов проверялась статистическими методами обработки данных эксперимента (критерий Стьюдента для независимых выборок, критерий / -Фридмана, коэффициент корреляции т/,-Кендалла).

3. Сравнение показателей контрольных и экспериментальных групп, а также динамика показателей в процессе обучения позволяет сделать вывод о том, что разработанная нами методика положительно влияет на уровень активности и овладение общекультурными и профессиональными компетенций. О достоверности данного вывода свидетельствуют результаты статистической обработки данных эксперимента

4. Проведенный корреляционный анализ говорит о прямой зависимости между уровнем активности студентов и полнотой усвоения знаний, качеством исследовательской деятельности в области физики. То есть активизация учебно-познавательной деятельности улучшает данные показатели процесса обучения.

На основе всего сказанного можно сделать выводы об эффективности разработанной методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике и об адекватности выбранных критериев и показателей целям педагогического эксперимента. Таким образом, гипотеза эксперимента была полностью подтверждена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Активизация учебно-познавательной деятельности студентов является одной из главных задач практики профессионального обучения. Отсутствие интереса студентов к изучению физики, связанное с трудностью предмета и кажущейся его оторванностью от профессиональных предметов, а также необходимость в интенсификации процесса обучения определяют актуальность проблемы активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на практических занятиях по физике.

Исходя из современных требований к профессиональному обучению, в том числе и требования интеграции предметного и профессионального содержания, в качестве основы активизации мы выбрали вычислительный физический эксперимент.

Теоретическое и экспериментальное исследование по проблеме дало следующие результаты:

1. Анализ нормативных документов и выделение особенностей будущей профессиональной деятельности студентов 1Т-направлений позволил сформировать совокупность требований к обучению физике студентов данных направлений, а именно:

- формирование системы знаний по физике и методам теоретического и экспериментального исследования;

- организация исследовательской деятельности при изучении физических процессов и явлений;

- применение современных информационных технологий для решения физических задач;

-организация индивидуальных и групповых форм самостоятельной работы студентов на занятиях по физике.

2. Анализ психолого-педагогической и методической литературы, посвященной проблеме активизации учебно-познавательной деятельности студентов, позволил построить модель взаимодействия деятельности преподавателя и студентов на практических занятиях по физике. Активность студентов включает внутреннюю (потребность, мотивы, интересы, волевые качества, имеющийся у студентов набор компетенций) и внешнюю стороны, проявляющиеся в деятельности студента, в нашем случае в деятельности по изучению физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Деятельность преподавателя по активизации учебно-познавательной деятельности студентов на занятиях по физике должна быть направлена на интеграцию предметного содержания курса физики и дисциплин профессионального цикла на основе организации индивидуальной и групповой деятельности студентов по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Данные положения были подтверждены результатами констатирующего эксперимента.

3. Анализ исследований в области использования вычислительного эксперимента и технологий компьютерного моделирования на занятиях по физике показал, что вычислительный эксперимент в области физики - это метод познания физических процессов и явлений, основанный на создании компьютерной модели и проведения экспериментов с нею по определению поведения объекта исследования в различных условиях. Из-за особенностей учебных планов студентов 1Т-направлений использование классического подхода к организации вычислительного эксперимента, основанного на технологии программирования и численных методах, становится затруднительным. Мы предложили использовать в качестве средств реализации вычислительного эксперимента по физике современные технологии компьютерного моделирования, а именно, технологию табличных расчетов, технологию числовых и символьных вычислений, технологию блочного моделирования, технологию физического

172 моделирования и технологию моделирования на схемах гибридных автоматов.

4. По результатам констатирующего эксперимента, направленного на определение состояния подготовки студентов 1Т-направлений по физике, были обоснованы основные компоненты активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике:

- мотивационно-целевой, в основу которого положена потребность студентом в профессиональном совершенствовании;

- содержательный компонент, опирающийся на интеграцию предметного содержания курса физики и предметов профессионального цикла за счет использования элементов вычислительного эксперимента на основе современных технологий компьютерного моделирования для исследования физических закономерностей;

- технологический компонент, определяющий в качестве основного вида деятельности студентов самостоятельную работу различного уровня, которая организуется за счет использования частично-поисковых, исследовательских и проектных методов обучения;

- рефлексивно-оценочный компонент, предполагающий организацию самоанализа и самооценки на основе использования нормативного, сопоставительного и личностного методов оценивания.

5. Пробный эксперимент показал необходимость поэтапной организации занятий по физике на основе вычислительного эксперимента и определил ряд педагогических условий методики активизации. Этапность в организации занятий необходима для постепенного овладения способами деятельности по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Методика включает четыре этапа организации занятий: вводный, репродуктивно-подражательный, поисково-исполнительский и творческий. Каждый этап определен своими целями, методами, формами организации деятельности студентов, типами используемых задач для вычислительного эксперимента и формами контроля.

6. Разработанная методика активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике эффективно реализуется при соблюдении комплекса условий:

- отбор современных программ моделирования, которые будут выступать средствами реализации вычислительного эксперимента по физике;

- наличие методических рекомендаций для студентов по вычислительному эксперименту по физике на основе этапов исследовательской деятельности;

- взаимодействие с преподавателями профессиональных предметов 1Т-направлений, например, таких как «Информационные технологии», «Моделирование систем» и т.п.

7. В методических рекомендациях по организации вычислительного эксперимента в области физики отражены содержание и структура деятельности по исследованию физических закономерностей средствами вычислительного эксперимента. В структуре объединены восемь компонентов, каждый из которых состоит из четырех операций: ориентировка, планирование, исполнение и контроль. Методические рекомендации включают в себя описание основных компонентов исследовательской деятельности (постановка задачи, формализация задачи, выбор технологии моделирования, создание модели, планирование и проведение эксперимента, анализ результатов, задачи для самостоятельного решения) по вычислительному эксперименту. При выполнении вычислительного эксперимента по одной теме целесообразно последовательное решение задач следующего типов:

- основная задача (или несколько задач по вариантам) для построения компьютерной модели — определяет входные и выходные параметры модели физического процесса или явления;

- подзадачи основной задачи, определяющие план проведения экспериментов с данной моделью;

- несколько типовых физических задач (из сборников), решение которых осуществляется с помощью созданной модели, т.е. определяют область применения построенной модели.

8. Критериями эффективности разработанной методики являются: общий характер и направленность деятельности, сформированность знаний в области физики, овладение деятельностью по исследованию физических закономерностей с помощью вычислительного эксперимента. Для каждого критерия определены показатели и методы их диагностики. Данные критерии позволили определить уровень активности студентов, а также сформированность общекультурных и профессиональных компетенций студентов.

Результаты обучающего и контрольного этапов эксперимента показали эффективность методики активизации учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике средствами вычислительного эксперимента. Достоверность данного вывода была подтверждена статистической обработкой данных. В экспериментальных группах значения показателей таких критериев как общий характер деятельности и сформированность знаний в области физики выше, чем в контрольных.

Кроме того, наблюдалась положительная динамика показателя владения исследовательской деятельностью по изучению физических процессов и явлений средствами вычислительного эксперимента в экспериментальных группах при переходе от вводного этапа организации занятий по физике к репродуктивно-подражательному и поисково-исполнительскому этапам.

Определена прямая связь между общим характером деятельности и полнотой знаний по физике, владением исследовательской деятельностью по изучению физических процессов и явлений средствами вычислительного эксперимента.

Таким образом, все задачи исследования были решены и подтверждена исходная гипотеза.

Данное исследование не исчерпывает всех вопросов, связанных с активизацией учебно-познавательной деятельности студентов 1Т-направлений на занятиях по физике. Оно может быть продолжено в направлении поиска других оснований интеграции профессионального и предметного содержания, например, использование профессионального содержания в физических задачах.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Мухина, Юлия Рамилевна, Челябинск

1. Алексеев, Е.Р. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, MATLAB 7, Maple 9 / Е.Р. Алексеев, О. В. Чеснокова- М: НТ Пресс, 2006.-496с.

2. Ананьев, Б.Г. Психология и проблемы человекознания : избранные психологические труды / Б.Г. Ананьев- Москва-Воронеж : Модэк, 1996.-384 с.

3. Антонов, А.В. Системный анализ: Учеб. для вузов /А.В. Антонов М.: Высш. шк., 2004.- 454 с.

4. Аристова, Л.И. Активность учения школьника- М.: Просвещение, 1968,- 138 с.

5. Артамонов, В.Н. Средства оптимизации профессионально-педагогической подготовки студентов университета (на примере работы факультетов физико-математического профиля): дис. . канд. пед. наук: 13.00.01 / В.Н. Артамонов-Челябинск, 1988.-277 с.

6. Бабанский Ю.К. Проблема повышения эффективности педагогических исследований-М.: Педагогика, 1982 192с.

7. Байденко, В.И. Выявление состава компетенций выпускников вузов, как необходимый этап проектирования ГОС ВПО нового поколения: Метод, пособие / В.И. Байденко- М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов , 2006 55 с.

8. Байденко, В.И. Компетенции в профессиональном образовании / В. И. Байденко // Высшее образование в России 2004- № 11- С. 4-13.

9. Бахтиярова, Л.Н. Компьютерные технологии как средство подготовки студентов к профессиональной деятельности : На примере бизнес-планирования.: дис. . кандидата педагогических наук : 13.00.08 / Людмила Николаевна Бахтиярова Нижний Новгород, 2002.-218 с.

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

11. Беневольский, C.B. Моделирование. Объектно-ориентированное моделирование в задачах внешней баллистики: Учеб. пособие / C.B. Беневольский, Ю.Б. Колесов.- СПб.: СПбГПУ, 2009.- 126 с.

12. Бермус, А.Г. Проблемы и перспективы развития компетентностного подхода в образовании Электронный ресурс. // Интернет-журнал "Эйдос", 10 сентября 2005. Режим доступа: http://www.eidos.ru/journal/2005/0910-12.htm, свободный. - Загл. с экрана.

13. Беспалько, В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Педагогика, 1989.- 192 с.

14. Блауберг, И.В. Становление и сущность системного подхода / И.В. Блауберг, Э.Г. Юдин.- М.: Наука, 1973.- 270 с.

15. Божович JI. И. Познавательные интересы и пути их изучения // Известия АПН РСФСР. 1955. - № 13. - С. 3-14.

16. Болотов, Н.В. Компетентностная модель: от идеи к образовательной программе / Н.В. Болотов, В.В. Сериков // Педагогика 2003. - №109. -С. 8-14.

17. Большой российский энциклопедический словарь. М.: Большая российская энциклопедия, 2005. - 1888 с.

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

19. Бурсиан, Э.В. Задачи по физике для компьютера: учеб. пособие для физ.-мат. фак. пед. инс-тов. М.: Просвещение, 1991. - 256 с.

20. Великанова, С.С. Активизация учебно-познавательной деятельности студентов технического вуза в процессе профессиональной подготовки: дис. . канд. пед. наук: 13.00.08 / Светлана Семеновна Великанова. -Москва, 2005.- 178с.

21. Веников, В.А. Теория подобия и моделирования / В.А. Веников, Г.В. Веников. М.: Высшая школа, 1986. - 480 с.

22. Вербицкий, A.A. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход: метод, пособие. М.: Высш. шк., 1991. - 207 с.

23. Веткин, Л.Г. Самостоятельная работа учащихся на уроке: лекция по педагогике для студентов университета. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1978. - 24 с.

24. Вознесенская, Н.В. Обучение физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Наталья Владимировна Вознесенская. Саранск, 2006. - 220 с.

25. Волькенштейн, B.C. Сборник задач по общему курсу физики: Учеб. пособие. 11-е изд., перераб. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 384 с.

26. Гайдес, М.А. Общая теория систем (Системы и системный анализ). М.: Глобус-Пресс, 2005. - изд. 2-е, исп. - 201 с.

27. Гельфгат, И.М. 101 задача по физике с решениями: Учеб. пособие / И.М. Гельфгат, Л.Э. Генденштейн, JI.A. Кирик. Харьков-Москва:I

28. Центр "Инновации в науке, технике, образовании", 1998. 597 с.

29. Глазова, Л.П. Вычислительный эксперимент как средство изучения нелинейных явлений в курсе физики: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Глазова Людмила Павловна. Санкт-Петербург, 1998. - 139 с.

30. Глинский, Б.А. Моделирование как метод научного исследования: гносеологический анализ / Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов, Б.С. Дынин, Е.П. Никитин М.: Изд-во Моск. ун-та, 1965. - 248 с.

31. Гомулина, H.H. Применение новых информационных и телекоммуникационных технологий в школьном физическом и астрономическом образовании: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02, 01.03.02 / Наталья Николаевна Гомулина. М., 2003. - 332 с.

32. Гончарова, H.A. Информационно-коммуникационные технологии каксредство формирования профессиональной компетентности будущего180учителя.: дис. . канд. пед. наук : 13.00.08 / Гончарова Наталья Александровна. Орел, 2008. - 214 с.

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

34. Граничин, О.Н. Опыт подготовки IT-специалистов на базе корпоративной университетской лаборатории / О.Н. Граничин, В.И. Кияев, С.А. Немнюгин // Прикладная информатика. 2010. -№2(26).-С. 12-20.

35. Гришин, В.Н. Информационные технологии в профессиональной деятельности: учебник для студ. ссузов / В.Н. Гришин, Е.Е. Панфилова-М.: Форум, 2005.-415 с.

36. Гулд, X. Компьютерное моделирование в физике / X. Гулд, Я. Тобочник. В 2-х частях. Часть 1. - М.: Мир, 1990. - 400 с.

37. Давыдов, В.В. Теория развивающего обучения. М: ИНТОР, 1996. -544 с.

38. Давыдов, В.П. Методология и методика психолого-педагогического исследования: учеб. пособие / В.П. Давыдов, П.И. Образцов, А.И. Уман. -М.: Логос, 2006.-128 с.

39. Данилов, М.А. Процесс обучения в советской школе / М.А. Данилов. -М.: Учпедгиз, 1960. 299 с.

40. Долженко, О.В. Современные методы и технология обучения в техническом вузе: Метод, пособие / О.В. Долженко, В.Л. Шатуновский-М.: Высш. шк., 1990. 191 с.

41. Домрачев, С.А. Информатика : учеб. пособие для вузов / С. А. Домрачев, В.П. Харьков Р. н/Д: Феникс, 2004. - 224 с.

42. Дьяконов, В.П. Simulink 5/6/7: Самоучитель. М.: ДМКПресс, 2008. -784 с.

43. Дьяконов, В.П. VisSim+Mathcad+MATLAB. Визуальное математическое моделирование. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 384 с.

44. Дьяконов, В.П. Maple 9.5/10 в математике, физике и образовании. М.: СОЛОН-Пресс, 2006. - 720 с.

45. Дьяконов, В.П. MathCAD 7 в математике, в физике и в Internet / В.П. Дяконов, И.В. Абраменков. М.: Нилидж, 1998. - 352 с.

46. Есипов, Б.П. Самостоятельная работа учащихся на уроке. М.: Учпедгиз, 1961. - 239 с.

47. Звонников, В.И. Современные средства оценивания результатов обучения: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.И. Звонников, М.Б. Челышкова. 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2009. - 224 с.

48. Зеер, Э.Ф. Саморегулируемое учение как образовательная технология формирования компетенции у обучаемых // Психология образования: проблемы и перспективы: Материалы первой международ, науч.-практич. конф. М.: Смысл, 2004. - С. 29-30.

49. Зимняя, И.А. Ключевые компетентности как результативно-целевая основа компетентностного подхода в образовании. Авторская версия.-М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2004. 20 с.

50. Зимняя, И.А. Ключевые компетенции новая парадигма результата образования // Высшее образование сегодня. 2003. - № 5. - С. 34-42.

51. Ибрагимов, Г.И. Компетентностный подход в профессиональном образовании / Г.И. Ибрагимов // Educational Technology & Society. -2007. № 10 (3). - С. 361-365.

52. Иванов, А.Ф. Новые информационные технологии в подготовке инженеров-нефтяников : дис. . канд. педагогических наук: 13.00.08 / Алексей Федорович Иванов. Казань, 2000. - 185 с.

53. Иванова, JI.A. Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики: Пособие для учителей- М.: Просвещение, 1983. -160 с.

54. Извозчиков, В.А. Инфоноосферная эдукология: Новые информационные технологии обучения. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцина, 1991. - 120 с.

55. Ильин, B.C. Формирование познавательных интересов у школьников. -М.: Педагогика, 1984. 144 с.

56. Ильязова, М.Д. Компетентность, компетенция, квалификация -основные направления современных исследований / М.Д. Ильязова // Профессиональное образование. Столица // Научные исследования в образовании. 2008. - № 1. - С. 28-31.

57. Иншаков, Д. ИТ-персонал: оценка, мотивация и развитие / Д. Иншаков, А.Иншакова // HR-hunter, 2012- Режим доступа: http://www.hr-hunter.com/lib/practicum/60, свободный Загл. с экрана.

58. Ипполитова, Н.В. Система профессиональной подготовки студентов педагогического вуза: личностный аспект: Монография / Н.В. Ипполитова, М.А. Колесников, Е.А. Соколова. Шадринск: Исеть, 2006. - 236с.

59. Каймин, В.А. Информатика: учебник для студ. вузов / В.А. Каймин. -М.: ИНФРА-М, 2008. 283 с.

60. Калашников, Н.П. Упражнения и задачи: учеб. пособие для вузов / Н.П.Калашников, М.А.Смондырев. М.: Дрофа, 2004. - 464 с.

61. Каменецкий, С.Е. Методика решения задач по физике в средней школе / С.Е. Каменецкий, В.П. Орехов. М.: Просвещение, 1971. - 448 с.

62. Карпушев, A.B. Активизация учебно-познавательной деятельности учащихся в процессе изучения фундаментальных физических теорий в старших классах средней школы: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Александр Викторович Карпушев Челябинск, 1999. - 203 с.

63. Картежникова, А.Н. Контекстный подход к обучению математике как средство развития профессионально значимых качеств будущих экономистов-менеджеров : дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Анна Николаевна Картежникова. Омск, 2005. - 243 с.

64. Кирьянов, Д. В. Самоучитель Mathcad.- СПб.: БХВ-Петербург, 2003. -560 с.

65. Клиначёв, Н.В. Основы моделирования систем или 7 доменов закона Ома и Кирхгофа Электронный ресурс. / Основы моделирования систем или 7 доменов закона Ома и Кирхгофа, 2009- Режим доступа: http://model.exponenta.ru/lectures/smlix.htm. Загл. с экрана.

66. Кобушкин, В.К. Методика решения задач по физике: Учеб. пособие-Изд-во ЛГУ, 1972.-247 с.

67. Колесов, Ю.Б. Моделирование систем. Практикум по компьютерному моделированию: Учеб. пособие / Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков. -СПб.: Изд. БХВ-ПИТЕР, 2007. 352 с.

68. Кондратьев, A.C. Физика и компьютер / A.C. Кондратьев, В.В. Лаптев. -Л.: Издательство Ленинградского университета, 1989. 328 с.

69. Королев, А.Л. Компьютерное моделирование. М.: Бином, 2009. - 230 с.

70. Коткин, Г.Л. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием MATLAB: Учеб. пособие / Г.Л. Коткин, B.C. Черкасский. Новосибирск: Новосиб. ун-т., 2001. - 173 с.

71. Кузьмина, Н.В. Основы вузовской педагогики: Учеб. пособие для студентов университета. Ленинград: Издательство Ленинградского университета, 1972. - 326 с.

72. Лаврентьева, Н.Б. Контекстное обучение как инновационная технология: Учебное пособие. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 1995. - 150 с.

73. Левина М.М. Технологии профессионального педагогического образования: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2001. - 272 с.

74. Лежнева, М.С. Педагогическое содействие развитию мотивационной готовности к межпрофессиональному взаимодействию у будущих специалистов в области информационных технологий: Автореферат дисс. канд. пед. наук. Челябинск, 2012. - 25 с.

75. Леонтьев, А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. 2-е изд. - М.: Политиздат, 1977. - 304 с.

76. Лернер, И.Я. Дидактические основы методов обучения. М., 1981. -185с.

77. Ломакин, Д.С. Информационные образовательные технологии в среднем профессиональном учреждении как средство активизации познавательной деятельности студентов: дис. . канд. пед. наук: 13.00.08 / Дмитрий Сергеевич Ломакин. Армавир, 2004. - 153 с.

78. Майер Р.В. Информатика: Учебное пособие. Глазов: ГГПИ, 2005. -44 с.

79. Майер, P.B. Информационные технологии и физическое образование. -Глазов: ГГПИ, 2006. 64с.

80. Майер, Р.В. Компьютерное моделирование физических явлений: Монография. Глазов: ГГПИ, 2009. - 112 с.

81. Майер, Р.В. Решение физических задач с помощью пакета MathCAD / P.B. Майер. Глазов: ГГПИ, 2006. - 37 с.

82. Малкин, И.И. Рационально организовать самостоятельную работу учащихся / И.И. Малкин // Приложение к журналу «Народное образование». М., 1966. - №10. - С. 13 - 23.

83. Матюшкин, A.M. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М.: Директ-Медиа, 2008. - 392 с.

84. Махмутов М.И. Организация проблемного обучения в школе: Книга для учителей. М.: Просвещение, 1977. - 240с.

85. Митяева, A.M. Здоровьесберегающие педагогические технологии: учеб. пособие для вузов / А.М.Митяева. М.: Академия, 2008. - 224 с.

86. Михеева, Е.В. Информационные технологии в профессиональной деятельности : Учеб. пособие для ссузов / Е. В. Михеева. М.: Академия, 2006. - 384 с.

87. Могилев, A.B. Информатика: Учеб. пособие для вузов / A.B. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер; под ред. Е.К. Хеннер. 4-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 848 с.

88. Наследов, А.Д. SPSS: Компьютерный анализ данных в психологии и социальных науках. СПб.: Питер, 2005. - 416 с.

89. Наследов, А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных: учебное пособие. -СПб.: Речь, 2004.-392 с.

90. Немов, P.C. Психология: в 2 кн. М.: Просвещение, 1994. - 1 кн. - 576 с.

91. Немов, P.C. Психология: в 2 кн. М.:Просвещение, 1994. - 2 кн. - 496 с.

92. Низамов, P.A. Дидактические основы активизации учебной деятельности студентов. Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1975. - 202 с.

93. Никитин, Г.Р. Исторические опыты как базовая составляющая фундаментальных физических теорий в вариативном обучении учащихся старших классов: Автореферат канд. пед. наук. Челябинск, 2010.-25 с.

94. Новиков, A.M. Методология / A.M. Новиков, Д.А Новиков. М.: СИНТЕГ, 2007. - 663 с.

95. Нуркаева, И.М. Методика организации самостоятельной работы учащихся с компьютерными программами на занятиях по физике: дис. . канд. пед. наук : 13.00.02 / Ирина Михайловна Нуркаева. М., 1999. -231 с.

96. Объектно-ориентированное моделирование сложных динамических систем в визуальной среде MvStudium 4: Руководство пользователя. Часть 1. 55 с.

97. Оконь, В. Введение в общую дидактику / пер. с польск. Л.Г. Кашкуревича, Н.Г. Горина.- М.: Высшая школа, 1990. 382 с.

98. Оспенников, A.A. Обучение студентов педагогического вузаприменению компьютерных технологий в организации деятельности187учащихся по решению физических задач: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Андрей Анатольевич Оспенников. Пермь, 2008. - 307 с.

99. Оспенникова, Е.В. Развитие самостоятельности учащихся при изучении школьного курса физики в условиях обновления информационной культуры общества : дис. . докт. пед. наук: 13.00.02 / Елена Васильевна Оспенникова. Пермь, 2003. - 751 с.

100. Оспенникова, Е.В. Формирование у учащихся обобщенного подхода к работе с интерактивными учебными моделями по физике / Е.В. Оспенникова // Вестник Пермского Государственного педагогического университета. 2007. - №3. - С. 53-68.

101. Пакулина, С.А. Педагогика и психология самостоятельной работы студентов в высшей школе / С.А.Пакулина. Челябинск: Филиал Московского педагогического государственного университета, 2007. -190с.

102. Панина, Т.С. Современные способы активизации обучения: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Т.С. Панина, Л.В. Вавилова; Под ред. Т.С. Паниной. М.: Издательский центр "Академия", 2006. -176 с.

103. Петерсон, Л.Г. Система и структура учебной деятельности в контекстесовременной методологии / Л.Г. Петерсон, Ю.В. Агапов, М.А.188

104. Кубышева, В.А. Петерсон . М.: АПКиППРО, УМЦ "Школа 2000.", 2006. - 92 с.

105. Петровский, A.B. Введение в психологию / под. общ. ред. Проф. A.B. Петровского. М.: Издательский центр "Академия", 1996. - 496 с.

106. Пидкасистый, П.И. Педагогика: учеб. пособие для ст-ов пед. вузов и пед. колледжей / Под ред. П.И. Пидкасистого. М.: Педагогическое общество России, 1998. - 640с.

107. Пидкасистый, П.И. Самостоятельная деятельность учащихся (Дидактический анализ процесса и структуры воспроизведения и творчества). М.: Педагогика, 1972. - 184 с.

108. Подласый, И.П. Педагогика. Новый курс: Учебник для студ. пед. вузов, в 2 кг. Кн. 1: Общие основы. Процесс обучения. М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1999. - 576 с.

109. Полонянкин, Д.А. Методика формирования мотивации учебной деятельности при обучении физике студентов младших курсов : дис. . канд. пед. наук : 13.00.02 / Полонянкин Денис Андреевич. Омск, 2011. - 184 с.

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

111. Попова, A.A. Математические методы в педагогике: учеб. пособие / A.A. Попова. Челябинск: Изд-во ЧГПУ, ООО "Изд-во РЕКПОЛ", 2010. -117 с.

112. Поршнев, C.B. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB. М.: Горячая линия, 2003. - 592 с.

113. Прангишвили, И.В. Системный подход и общесистемные закономерности. Серия "Системы и проблемы управления". М.: СИНТЕГ, 2000. - 528 с.

114. Прохоров, Г.В. Обзор CAE-систем // сайт "Компьютерная математика", 2012. Режим доступа: http://users.kaluga.ru/math/contents/frameset.htm , свободный. - Загл. с экрана.

115. Разработка рамки квалификации для системы высшего образования Уральского региона Электронный ресурс., 2012. Режим доступа: http://cquo.csu.ru/ru/products/results, свободный. - Загл. с экрана.

116. Разумова, Л.Н. Активизация самостоятельной работы студентов вузов в процессе профессиональной подготовки. дис. . канд. пед. наук: 13.00.08 / Любовь Николаевна Разумова. - Магнитогорск, 2006. - 182 с.

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

118. Розова, Н.Б. Применение компьютерного моделирования в процессе обучения: на примере изучения молекулярной физики в среднейобщеобразовательной школе: дис. . канд. пед. наук : 13.00.01, 13.00.02 / Наталия Борисовна Розова. Вологда, 2002. - 163 с.

119. Рубинштейн, C.J1. Основы общей психологии. СПб: Издательство «Питер», 2000. - 712 с.

120. Руководство пользователя ModelVision 3.2.x. // Справка к программе ModelVision 3.2.x. 43 с.

121. Савотченко, С.Е. Методы решения математических задач в Maple: пособие / С.Е. Савотченко, Т.Г. Кузьмичева. Белгород: Изд. Белаудит, 2001.- 116 с.

122. Садовский В.Н. Основания общей теории систем. Логико-математический анализ. М.: Наука, 1974. - 280 с.

123. Сельдяев, В.И. Развитие исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Валерий Иванович Сельдяев. Санкт-Петербург, 1999. - 207 с.

124. Сероусов, И.Ю. Активизация познавательной деятельности студентов колледжа в процессе преподавания естественнонаучных дисциплин: дис. . канд. пед. наук: 13.00.01 / Игорь Юрьевич Сероусов. Брянск, 1998. -240 с.

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

126. Скаткин, М.Н. Проблемы современной дидактики. 2-е изд. - М.: Педагогика, 1984. - 96 с.

127. Советов, Б .Я. Информационные технологии : учебник для вузов / Б.Я. Советов, В.В. Цехановский. 2-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2005. -263 с.

128. Соседко, O.A. Активизация учебно-познавательной деятельности студентов на основе применения информационных технологий: На примере изучения теории графов: дис. . канд. пед. наук: 13.00.01 / Олег

129. Анатольевич Соседко. Новосибирск, 1999. - 163 с.191

130. Сосновский Б.А. Психология. Учебник для педагогических вузов / Под ред. Б.А. Сосновского. -М.: Высшее образование, 2009. 660 с.

131. Старикова, Е.М. Адаптивная направленность методики обучения основам физики студентов медицинского вуза: Автореферат дисс. канд. пед. наук. Челябинск, 2009. - 22 с.

132. Старовиков, М.И. Формирование учебной исследовательской деятельности школьников в условиях информатизации процесса обучения (на материале курса физики): дис. . докт. пед. наук: 13.00.02 / Михаил Иванович Старовиков. Бийск, 2007. - 398 с.

133. Столяренко, Л.Д. Педагогическая психология / Л.Д.Столяренко. Изд. 4-е - Ростов н/Д : Феникс, 2006. - 542 с.

134. Суховерова ,Е. А. Развитие познавательного интереса у студентов гуманитарных вузов: дис. . канд. психол. наук: 19.00.13 / Елена Анатольевна Суховерова. Москва, 2003. - 222 с.

135. Сухо дольский, Г.В. Основы психологической теории деятельности. 2-е изд. - М.: Издательство ЖИ, 2008. - 168 с.

136. Сырецкий, Г.А. Информатика. Фундаментальный курс. Т. 1. Основы информационной и вычислительной техники. СПб.:БХВ-Петербург, 2005.-832 с.

137. Талызина, Н.Ф. Педагогическая психология: учеб. для студ. сред. учеб. заведений / Н.Ф.Талызина.- 4-е изд., стер. М.: Издательский центр "Академия", 2006. - 288 с.

138. Таранов, М.С. Физико-информационный модуль как средство формирования и развития у учащихся средней школы обобщенных знаний и умений по физике: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Михаил Степанович Таранов. Курган, 2010.-236 с.

139. Татур, Ю. Г. Компетентностный подход в описании результатов и проектировании стандартов высшего профессионального образования: Материалы ко второму заседанию методологического семинара.

140. Авторская версия. M.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2004. - 17 с.

141. Тельманова, Е.Д. Активизация познавательной деятельности студентов в процессе моделирования электродинамических систем: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Тельманова Елена Дмитриевна. Екатеринбург, 2007. - 142 с.

142. Трофимова, Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями: Учеб. пособие для вузов / Т.И. Трофимова, З.Г. Павлова. М.: Высш. шк., 1999.-591 с.

143. Умарова, JI.X. Использование комплекса упражнений по физике, основанных на компьютерном модельном эксперименте: дис. . канд. пед. наук: 13.00.02 / Умарова Липа Хусеновна. М., 2005. - 161 с.

144. Усова, A.B. Практикум по решению физических задач: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. / A.B. Усова, H.H. Тулькибаева. М.: Просвещение, 1992. - 208 с.

145. Усова, A.B. Проверка и пути повышения качества знаний учащихся: Учеб.-метод. пособие / авт.-сост. А.В.Усова. 2-е изд. - Челябинск: ЧГПУ, 2007. - 43 с.

146. Усова, A.B. Самостоятельная работа учащихся в процессе изучения физики: метод, пособие / A.B. Усова, В.В. Завьялов. М.: Высш. шк., 1984.-96 с.

147. Усова, A.B. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: Курс лекций. Санкт-Петербург: Изд-во "Медуза", 2002. - 157 с.

148. Усова, A.B. Теория и практика развивающего обучения: Курс лекций. -Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2004. 128 с.

149. Усова, A.B. Изучение познавательного интереса учащихся к физике / A.B. Усова , В.В. Завьялов // Физика в школе. 1980. - №4. - С. 46-48.

150. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 230100 «Информатика и вычислительная техника» / Утвержден министерством образования и науки РФ 9.11.09 №553.

151. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 230400 «Информационные технологии и системы» / Утвержден министерством образования и науки РФ 16.02.10 №25.

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

153. Финагин, A.A. Вычислительный эксперимент при информационном подходе к изучению физики в средней школе: дис. . канд. пед. наук. -Санкт-Петербург, 2004. 161 с.

154. Ховов, О.В. Компетентность профессиональная / О.В. Ховов // Энциклопедия профессионального образования: В 3-х т./ под ред. С.Я. Батышева. М.:АПО,1998. - Т.1. - С. 454-455.

155. Хузина, С.А. Новые информационные технологии как фактор повышения квалификации преподавателей учреждений начального профессионального образования : дис. . канд. пед. наук : 13.00.01 / Хузина Светлана Александровна. Екатеринбург, 1997. - 191 с.

156. Хуторской, A.B. Ключевые компетенции и образовательные стандарты Электронный ресурс. // Интернет-журнал "Эйдос", 2002, 23 апреля. -Режим доступа: http://www.eidos.ru/journal/2002/0423.htm. Загл. с экрана.

157. Часовских, Н.С. Организация самостоятельной работы студентов на лабораторных занятиях по общей физике в условиях развивающегообучения: дис. . канд. педагогических наук: 13.00.02 / Николай Сергеевич Часовских. Горно-Алтайск, 2006. - 261 с.

158. Черников, Б.В. Информационные технологии в вопросах и ответах: Учеб. пособие для вузов / Б. В. Черников. М.: Финансы и статистика, 2005.-320с.

159. Черных, И.В. "Simulink: Инструмент моделирования динамических систем" // Exponenta.ru образовательный математический сайт, 2011. -Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/simulink/bookl/index.php, свободный. Загл. с экрана.

160. Чернышев, Н.Г. Моделирование и анализ схем в Electronics Worckbench: Учеб.-метод. пособие / Н.Г. Чернышов, Т.И. Чернышова. Тамбов: Изд-во тамб. гос. тех. ун-та, 2005. - 52 с.

161. Численность студентов высших учебных заведений по регионам Российской Федерации (на начало учебного года; тысяч человек) Электронный ресурс. // Статистика российского образования, 2012. -Режим доступа: http://stat.edu.ru/, свободный. Загл. с экрана.

162. Чудинский, P.M. К вопросу о компьютеризации учебного эксперимента / P.M. Чудинский // Наука и образование. 2006. - №6. - С. 69-71.

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

164. Шафрин, Ю.А. Информационные технологии. В 2 частях. Часть 1. Основы информатики и информационных технологий. М.: Изд-во "БИНОМ. Лаборатория знаний", 2002. - 320 с.

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

166. Штофф, В.А. Роль моделей в познании. JL: Изд-во ЛГУ, 1963. - 128 с.

167. Щукина, Г.И. Активизация познавательной деятельности учащихся в учебном процессе: учеб. пособие для студентов пед. институтов. М.: Просвещение, 1979. - 160 с.

168. Borutzky, W. Bond Graphs: A Methodology for Modelling Multidisciplinary Dynamic Systems. SCS, 2004. - 440 pg.

169. Kramer, U. Simulationstechnik / U. Kramer, M. Neculau. Carl Hanser Verlag, 1998.-420 pg.

170. Ledin, J. Simulation Engineering. CMP Books R&D Developer Series, 2001.-302 pg.

171. Математический пакет Ма^САБ

172. Основные возможности пакета МаЖСАИ:

173. Реализация арифметических, логических, статистические и финансово-экономические операций, вычисление алгебраических, тригонометрических, гиперболических функций;

174. Работа с числами произвольной разрядности и в различных системах счисления, с действительными и комплексными числами;

175. Реализация вычислений с точностью до требуемого разряда;

176. Набор средств для работы с матрицами;

177. Решение задачи линейного программирования (минимаксные задачи с ограничениями);

178. Встроенные средства построения двумерных (плоских) и трехмерных графиков в различных системах координат (декартовых) и шкалах (линейных, логарифмических);

179. В комплект математических пакетов входят дополнительные функции и процедуры, структурируемых по области применения;

180. В состав входят аналоги традиционных средств программирования, позволяющие управлять выбором и повторением этапов вычислений.

181. Обращение к функции имеет вид

182. Y:=odesolve(x,b,step) или Y: =odesolve(x, b), где Y имя функции, содержащей значения найденного решения, х -переменная интегрирования, Ъ - конец промежутка интегрирования, step -шаг, который используется при интегрировании уравнения методом Рунге-Кутты.

183. На рисунке 1 представлено использование функции odesolve для построения модели математического маятника.1 := 0.51. АА>р • sin(c<t)) «'(О) = 0 с<0) = J cv := Odesolve(t;5) t := 0,0.1. 7

184. Рис. 1. Построение модели математического маятника в программе MathCADz := 9.Sлял1. Given1. Т| d*0<t):

185. На рисунке 2 представлена визуализация электростатического поля двух зарядов. При моделировании использовались возможность задания физических единиц измерения и возможность построения контурного графика и графика поверхностей.

186. Ю-* • с< я2 := 5 10~бсои1 XI := 03 ¥1 := 0.3 -: Х2 := 0.7 ш Г2 - 0.6 - т1100 1:= 1-100 , „ N т: } к := 9 - 10 -

187. X; ;= 0.01 • I т yj := 0.01 - . - т соиГщГ + (У1 - у,)2 + 0.001 - т2 ^Х2 - х,)2 + (У2 - у^2 + 0.001 - т2100п 806040200-IФ

188. Рис. 2. Визуализация электростатического поля в Ма^САО

189. Программа блочного моделирования 81шиНпк

190. Одной из первых программ визуального моделирования сталапрограмма БтиНпк, которая является приложением к пакету МшЫаЬ.

191. Программа ЗгтиПпк реализует принцип блочного моделирования, всоответствии с которым пользователь на экране из библиотеки стандартныхблоков создает модель устройства и осуществляет расчеты.199

192. На рисунке 3 представлена модель прыгающего мяча, реализованная в программе Simulink.

193. File Edit View Simulation Format lools Help

194. D Ш В # & Ч Ш j 4» f £2 ► » pi 1 jNomiaä jj Ш|йIо a о о1. CS1. Ytioety1. Contact Foroe1. Subsystem1. Scope1. Ground1С1.itia heightt end velocity1. Env1. Ready100%cde45

195. Рис. 4. Блок-схема модели прыгающего мячика, построенная с помощьюблоков $1тМескатс$

196. Click On Object To Display Information-430 -432, -434,1. СО-436 -438,

197. Рис.5. Визуализация модели прыгающего мячика в программе Simulink

198. Программа 20-sim позволяет создавать модели несколькими способами: 1. С помощью блоков сигналов (Signal): модель строится в виде блок-схемы из стандартных и пользовательских блоков, на подобие моделей Simulink.

199. На рисунках 6 и 7 изображена модель пружинного маятника построенная с помощью Iconic Diagrams и Bond Graphs соответственно.1. ПхяМоМ 77771. Spemg