Вычислительный эксперимент при информационном подходе к изучению физики в средней школе

Финагин, Андрей Алексеевич

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

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Вычислительный эксперимент при информационном подходе к изучению физики в средней школе

Автореферат

Автор научной работы: Финагин, Андрей Алексеевич
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Санкт-Петербург
Год защиты: 2004
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Вычислительный эксперимент при информационном подходе к изучению физики в средней школе"

На правах рукописи УДК 53 (077Л2)

Финагин Андрей Алексеевич

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПРИ ИНФОРМАЦИОННОМ ПОДХОДЕ К ИЗУЧЕНИЮ ФИЗИКИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

Специальность: 13.00.02. - теория и методика обучения и воспитания (физика, уровень общего образования)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Санкт - Петербург 2004 г.

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

академик РАО,

доктор физико-математических наук, профессор Александр Сергеевич Кондратьев

доктор педагогических наук, доцент Сергей Николаевич Поздняков

кандидат физико-математических наук, доцент Дмитрий Эдуардович Темнов

Ведущая организация:

Санкт-Петербургская академия последипломного педагогического образования

Защита состоится « » 2004 года в /6 . часов на заседании

диссертационного совета Д 212.199.iil в Российском государственном педагогическом университете имени А.И. Герцена по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 3, ауд. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена.

Автореферат разослан « /3 » сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук, доцент

Н.И. Анисимова

ao obif w&a.

Z&2>& 0 %

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Одним из кардинальных изменений физического образования в школе становится его методологическая направленность. Общеобразовательный курс физики не может носить узкопредметный характер, а должен включать в себя содержание, адекватное инновационным технологиям обучения: научную методологию, методы вычислительной физики, современные физические теории. Необходимость изучения этих вопросов вызвана не только научно-техническим прогрессом, но и коренным изменением характера научных знаний, самого процесса познания.

Изучая физику на уровне методологии уже в средней школе, необходимо учить школьников применять общий подход научных исследований, основанный на методологических принципах, что поможет достичь достоверных результатов как в учебно-познавательной, так и в практической деятельности. При этом критерием качества знаний учащихся выступает умение применять эти общие принципы в познании конкретных физических явлений и процессов, при решении возникающих проблемных ситуаций и учебных задач.

Проблеме развития учащихся в процессе обучения физике большое внимание уделялось многими известными учеными. В этих работах подробно разрабатывались вопросы формирования мировоззрения учащихся на уроках (Б.И. Спасский, Н.В. Шаронова), вопросы методологии физики и принцип воспроизведения генезиса научного познания в учебном процессе (Г.М. Голин, A.C. Кондратьев), вопросы интеграции курсов (Ю.И. Дик, A.A. Пинский, JI.B. Тарасов), вопросы развития творческих способностей и проблемы одаренных детей (О.Ф. Кабардин, Н.С. Пурышева), вопросы развития познавательного интереса у учащихся и их активизации в процессе обучения (H.H. Зверева, ИЛ. Панина), исследовался процесс формирования эмпирических знаний и вопросы использования физического эксперимента как средства развития учащихся (Р.В. Майер, Л.И. Анциферов, Т.Н. Шамало).

Процесс информатизации образования поставил в качестве одной из главных задач обучения использование возможностей новых информационных технологий, методов и средств информатики для реализации идей развивающего обучения, интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышения его эффективности. Применение информационных технологий в обучении не ограничивается лишь внедрением компьютерных средств в учебный процесс, а понимается шире — как стратегия образования, целью которой является создание открытой, развивающейся информационной системы обучения, обеспечивающей возможности применения всего самого передового, что существует в данный момент в мире, как с точки зрения организации самой информации, так и с точки зрения методов и приемов ее переработки учащимися.

На сегодняшний день, проблема раскрытая природы информации, специфика и значение теоретико-информационного подхода в его приложениях к различным наукам и психологические аспекты усвоения информации, детально изучены в философии, педагогике и психологии (С.А. Бешенков, Б.В. Бирюков, И.И. Гришкин, П. Линдсей, ДА. Норман, ИБ.Соколова, ГЛ. Степанова, А.Д. Урсул, К. Черри, У.Р. Эшби). _______________

Развитою новых информационных технологий в обучении физике также уделяется значительное внимание в учебно-методической литературе. В частности, изучались вопросы использования моделей и аналогий (С.Е. Каменецкий, Ю.А. Ковар-ский, H.A. Солодухин), исследовались современные информационные технологии обучения физике (В.А. Извозчиков, В.В. Лаптев, А.И. Ходанович), рассматривались вопросы обучения решению задач и моделированию реальных процессов (A.C. Кондратьев, В. А. Орлов). В этих работах были выделены основные принципы информационного обучения, определены пути реализации методологического подхода в преподавании физики и требования к отбираемому учебному материалу. Вместе с тем следует отметить, что исследования вопроса применения компьютерного моделирования и других информационных технологий в обучении не охватывают в полной мере проблемы применения вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе.

Таким образом, астуальность исследования обусловлена необходимостью изменения физического образования в плане его методологической направленности и потребностью современной образовательной практики в целенаправленном использовании возможностей новых информационных технологий, методов и средств информатики для интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышения его эффективности.

Д&лыо предпршгамаемого исследования является разработка и обоснование методов применения вычислительного эксперимента как части процесса математического моделирования реальных физических процессов и явлений при изучении физики в средней школе.

Объектом исследования является процесс обучения методологическим основам и конкретным приемам проведения математического моделирования реальных процессов в рамках курса физики средней школы.

Предметом исследования являются приемы организации вычислительного эксперимента как составной части процесса математического моделирования реальных процессов при изучении физических явлений в средней школе.

Гипотеза исследования развивалась и неоднократно менялась на протяжении работы и в окончательном варианте может быть сформулирована так: уровень знаний, умений и навыков учащихся будет выше, если разработать и внедрить в учебный процесс методику изучения реальных физических явлений и процессов с использованием вычислительного эксперимента. Вычислительный эксперимент даст возможность учащимся средней школы, не владеющим специальным аппаратом математического анализа, познакомиться с основными методами современной физики, позволит интенсифицировать процесс обучения, повысит интерес учащихся к физике, создаст предпосылки для развития творческой активности школьников.

Исходя из цели и гипотезы, были поставлены следующие задачи: в провести анализ исследований по проблеме информационного подхода в образовании и выявить теоретические основы применения вычислительного эксперимента при изучении физических явлений;

■ выявить наиболее перспективные направления компьютеризации лабораторного практикума по физике, выбрать наиболее физически яркие модели для постановки учебного вычислительного эксперимента;

■ изучить учебные программы по основам информатики и определить уровень сложности разрабатываемых заданий;

■ определить систему критериев для оценки эффективности предлагаемой методики в ходе проведения педагогического эксперимента;

■ разработать и провести курс факультативных занятий, проверить эффективность влияния предлагаемой методики на качество знаний и умений учащихся.

Для реализации поставленных задач и проверки гипотезы исследования применялись следующие методы исследования:

■ анализ философской, психолого-педагогической, методической и специальной литературы;

■ анализ и обобщение опыта внедрения инновационных педагогических технологий в образовательный процесс;

■ составление моделей, алгоритмов и программ для проведения учебного вычислительного эксперимента при изучении физических явлений;

■ систематическое наблюдение за реальным учебным процессом, беседы и тестирование учителей физики и учащихся;

■ педагогический эксперимент констатирующего, поискового и формирующего характера, методы математической статистики для количественной оценки его результатов.

Критерии эффективности предлагаемой методики:

■ Позитивное влияние методики на уровень качества знаний, экспериментальных умений и навыков решения задач учащихся средней школы.

■ Повышение эффективности преподавания физики при использовании данной методики.

" Положительная динамика проявления учащимися познавательных интересов.

Теоретическое значение работы заключается в обосновании необходимости изучения некоторых физических явлений с использованием возможностей вычислительного эксперимента и в разработке целостной методологической системы обучения, позволяющей включить в учебные программы некоторые вопросы физики, изучение которых по традиционной методике либо связано с большими трудностями, либо не представляется возможным.

Практическое значение исследования заключается в том, что теоретические разработки доведены до уровня практического внедрения. Разработаны и опробованы методические рекомендации по применению вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе. Составлен цикл задач с ориентацией на развитие умений математического моделирования физических явлений и цикл лабораторно-пракгических работ по изучению физических процессов с помощью вычислительного эксперимента. Положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы в практике работы учителей.

Научная новизна исследования.

В работе предлагается технология формирования исследовательских умений учащихся, базирующаяся на рассмотрении реальных физических процессов с использованием вычислительного эксперимента как составной части процесса математического моделирования. Разработан комплекс объектов учебных исследований на основе использования вычислительного эксперимента. В отличие от предшествующих исследований, в которых рассматриваются системы обучения в вузах, предлагаемая методика доступна для профильных и общеобразовательных школ.

Достоверность и обоснованность научпых положений и выводов обеспечена комплексным использованием разнообразных методов исследования, соблюдением основных требований, предъявляемых к организации и проведению педагогического эксперимента, длительностью эксперимента и его повторяемостью.

Организация и этапы исследования.

На первом этапе исследования (2001-2003 гг.) изучалась философская, педагогическая и методическая литература по теме исследования и на основе ее анализа выявлялись методологические основы исследования, осуществлялось теоретическое обоснование темы, определялись задачи исследования. Исследовалось состояние проблемы в современной школе (констатирующий этап эксперимента).

На втором этапе (2003-2004 гг.) осуществлялась разработка предлагаемой методики и ее использование при обучении в экспериментальных классах. Проводились поисковый и формирующий эксперимент: были разработаны цикл задач, ориентированных на развитие умений математического моделирования, и цикл лабора-торно-практических работ по изучению физических явлений с помощью вычислительного эксперимента, определены критерии оценки эффективности предлагаемой методики.

На третьем этапе (2004 г.) проверялись результаты эксперимента по проверке эффективности разработанной методической системы. Проводился качественный, количественный анализ и теоретическое обобщение всех результатов, полученных в ходе опытно-экспериментальной работы. Осуществлена систематизация, обобщение и статистическая обработка полученных данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обучение основам математического моделирования в рамках школьного курса физики является эффективным средством развития творческих способностей учащихся и повышения качества их знаний по физике.

2. Эффективность обучения основам математического моделирования может быть обеспечена лишь при реализации всех компонентов процесса математического моделирования: построение модели, определение алгоритма и проведение вычислительного эксперимента.

3. Вычислительный эксперимент может быть реализован в рамках существующих школьных программ по физике: на уроках решения задач, за счет расширения условия решаемых задач и учета дополнительных факторов, определяющих поведение объекта исследования; на лабораторно-практических работах, при изучении

реальных физических процессов; в рамках проектной деятельности учащихся по моделированию поведения сложных физических систем.

Опытно-экспериментальной базой исследования в период 2002-2004 гг. являлись средние общеобразовательные школы №23, 181 и физико-математический лицей №239 города Санкт-Петербурга. Всего в эксперименте принимали участие 123 учащихся 10-х и 106 учащихся 11-х классов.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования докладывались, обсуждались и получили одобрение на кафедре теории и методики обучения физике РГПУ им. А.И. Герцена (2002-2004 гг.). Практические материалы диссертация используются учителями физико-математического лицея №239 города Санкт-Петербурга при проведении лабораторно-пракгаческих занятий.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Объем работы 149 страниц, 9 рисунков, 13 таблиц, 6 диаграмм. Список использованной литературы включает 143 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, формулируется проблема и цель исследования, рассматриваются объект, предмет, задачи, гипотеза и методы исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, определены научная новизна, теоретическое и практическое значение исследования.

В первой главе «Концепция вычислительного эксперимента как метода научных исследований» проведен теоретический анализ исследований вопроса применения информационных технологий в обучении физике и научно-методическое обоснование необходимости проведения вычислительного эксперимента при изучении физики.

Методология моделирования долгое время развивалась многими учеными независимо, вследствие этого сегодня отсутствует единая система понятий. Придерживаясь терминологии академика А.А. Самарского, можно определить математическое моделирование как методологию, построенную на изучении свойств и характеристик объектов различной природы посредством исследования естественных или искусственных моделей. Необходимость использования данного метода определяется, прежде всего, тем, что он является мощным средством анализа и синтеза сложных объектов, позволяющим прогнозировать течение процессов в условиях, в которых натурные эксперименты пока либо не проводились, либо вообще невозможны.

На основе работ, посвященных вопросу моделирования (B.C. Михалкин, К.Э. Плохотников и др.), можно выдвинуть идею наиболее эффективного описания физики изучаемого объекта в рамках системного подхода. При этом можно выделить некоторые основные подходы к построению простейших моделей'.

■ Применение фундаментальных законов природы.

■ Применение вариационных принципов.

■ Использование аналогий с уже изученными явлениями.

■ Иерархический подход. в Эмпирический метод.

■ Метод анализа размерностей физических величин. в Энергетический метод.

Анализ литературы позволил также определить понятие «вычислительного эксперимента», как метода изучения устройств или физических процессов с помощью математического моделирования, который предполагает, что вслед за построением математической модели проводится ее численное исследование, позволяющее «про- « играть» поведение исследуемого объекта в различных условиях или в различных модификациях,

В разных отраслях знаний этапы вычислительного эксперимента приобретают свои специфические черты, но во всех случаях можно выделить основные:

1. Идентификация проблемы и ее качественный анализ.

2. Выдвижение гипотез и предположений, построение на их основе физической модели.

3. Разработка иерархической последовательности математических моделей.

4. Математический анализ модели.

5. Разрешение модели с помощью численных методов, создание алгоритмов и программ, проведение расчетов.

6. Проверка и интерпретация решений.

7. Проверка достоверности модели.

С понятием «вычислительный эксперимент» тесно связано понятие «учебный вычислительный эксперимент». Последнее является базовым понятием школьного курса информатики, поскольку решение задач пронизывает все содержание курса «основы информатики и вычислительной техники» и является основным средством формирования компьютерной грамотности школьников. В широком смысле учебный вычислительный эксперимент можно считать методологией решения школьных задач по физике с использованием вычислительной техники, фундаментальной новой информационной технологией обучения.

В диссертации доказано, что проведение вычислительного эксперимента позволяет решить ряд дидактических задач, к числу которых относятся:

■ освоение учащимися основных процедур исследования физических явлений и обработки результатов эксперимента;

■ развитие у школьников умения указать соответствия и отличия модели от реального физического явления или процесса;

° использование физических знаний для создания компьютерных моделей физических явлений или процессов, при решении физических задач;

■ изучение принципов действия измерительных приборов и умелое использование их при проведении исследования;

■ анализ полученных результатов компьютерного эксперимента, формулирование выводов и планирование эксперимента по их проверке;

■ использование современных информационных технологий для поиска, переработки и пред ъявления учебной и учебно-исследовательской информации.

Как показал анализ теоретических работ (В.А. Извозчиков, ВВ. Лаптев и др.), именно появление персонального компьютера сделало возможным и актуальным организацию подобного вида учебной деятельности, т.к. именно применение компьютера предоставляет возможность моделирования «сложных» ситуаций. Компьютер может вводить учащихся в определенную ситуацию и моделировать ее, допуская при этом различную степень детерминации управления учебной деятельностью. Использование компьютера позволяет существенно расширить циклы учебных задач. Следует иметь в виду, что речь идет не только о постановке задачи (в принципе любая организационная форма обучения, в том числе и традиционная, допускает постановку любых задач), но и об управлении процессом решения. Использование новых видов учебных задач позволяет внести качественные изменения в учебный процесс, перестроить деятельность обучаемых.

С появлением и широким внедрением компьютеров в образовании связано понятие «новая информационная технология обучения» (НИТО). Согласно определению, это процесс подготовки и передачи информации обучаемому, средством осуществления которого является компьютер. При этом во главе становится процесс обучения со своими особенностями, а компьютер — это лишь мощный инструмент, позволяющий решать новые, ранее не решенные, дидактические задачи.

Психолого-педагогическими основами НИТО являются концепция развивающего обучения и технология исследовательской деятельности. Опираясь на работы Л.С. Выготского, развивающим можно называть обучение, при реализации которого учитель организует участие ученика в образовательном процессе, ставя перед ним проблемы и постепенно увеличивая степень его самостоятельности в их решении. Существует несколько технологий организации развивающего обучения, опирающихся на различные теоретические основания. На наш взгляд, в наибольшей степени адекватна целям обучения физике и принципиальным возможностям компьютера технология, базирующаяся на концепции научения через моделирование.

Из анализа технологии обучения через моделирование следует важный практический вывод: в целом ряде случаев целесообразно организовать обучение физике таким образом, чтобы после исследовательской работы с модельным компьютерным экспериментом учащиеся выполняли натурный физический эксперимент, либо эта работа должна весшсь параллельно разными 1руппами учащихся с последующим сравнением и обсуждением результатов. Изучая на персональном компьютере поведение модели, исследователь как бы испытывает саму природу, задавая ей вопросы и получая достаточно полные достоверные ответы. Таким образом, натурно-вычислительный эксперимент предполагает комплексное изучение явлений, поиск новых эффектов методами компьютерного моделирования с последующей постановкой натурного эксперимента.

Во второй главе «Методика применения вычислительного эксперимента как части процесса математического моделирования при изучении реальных физических процессов и явлений в средней школе» раскрывается содержание разработанной методики.

В результате анализа этапов организации исследовательской деятельности в науке (П.Я. Гальперин, В.И. Каган, В.Г. Разумовский и др.) выявлены основные этапы учебного исследования,: анализ явлений; формулировку задачи; формулировку конечной и промежуточных целей выполнения исследовательского задания; предсказание результатов исследовательского задания; планирование деятельности по выполнению эксперимента; выполнение самостоятельного эксперимента; осуществление взаимоконтроля и самоконтроля на всех этапах деятельности; анализ и оценка результата; оформление хода выполнения задания и результатов; формулирование выводов; обсуждение результатов. Дано также определение учебно-исследовательской деятельности, которую следует понимать как организуемую педагогом деятельность обучаемых, направленную на поиск объяснения и доказательства закономерных связей и отношений, экспериментально наблюдаемых или теоретически анализируемых фактов, явлений, процессов, в которой преобладает самостоятельное применение учащимися приемов научных методов познания.

Для развития учебно-исследовательской деятельности учащихся с использованием вычислительного эксперимента при изучении реальных физических явлений и процессов, нами выделены следующие цели обучения школьников: в формирование системы знаний об элементах вычислительной физики и вычислительном эксперименте как методе научных исследований; н формирование знаний о математических методах вычислительной физики;

■ формирование умений и навыков наблюдения за физическими процессами, анализировать результаты наблюдений, обобщать их, находить связи;

■ формирование умений планировать и проводить эксперимент;

» формирование умений формулировать предположения и проверять их в ходе проведения исследования (решения задачи);

■ развитие умений использования измерительных приборов (компьютерно-измерительного комплекса);

" формирование умений применять полученные знания на практике.

Знакомству с математическими методами вычислительной физики и получению практических навыков их применения в рамках предлагаемой методики посвящен раздел, включающий следующие основные модули: а Обработка табличных данных: интерполяция, экстраполяция, аппроксимация.

■ Решение нелинейных уравнений (движение тела, брошенного под углом к горизонту).

0 Решение систем линейных уравнений (расчет электрических цепей с помощью

правил Кирхгофа). п Вычисление интегралов (вычисление площадей методом Монте-Карло). в Основы решения дифференциальных уравнений (процессы зарядки и разрядки конденсатора, динамика движения тела под действием нескольких сил, радиоактивный распад, реактивное движение).

Последний модуль является для нас особенно важным, поскольку наиболее распространенными математическими моделями в физике являются дифференциальные уравнения. Еще в 17 веке были развиты численные методы, которые позво-

ляют приближенно решить любое уравнение, вычислить интеграл и т.д. Идея заключается в приближенной замене дифференциального уравнения конечно-разностным алгебраическим уравнением. Эта уравнения (итеративные схемы) закладываются как элемент программы в компьютер и циклически решаются. В результате получаем массив значений, по которому можно построить график, фазовую траекторию и т.п. При этом, изменяя в программе параметры системы, можно быстро выяснить, как изменяется характер ее поведения.

Решение дифференциальных уравнений методом Эйлера (метод касательных) не выходит за рамки «школьной» математики, что подтверждают рассматриваемые в диссертации примеры. На основании этого можно сделать вывод о том, что его можно применять для численного решения физических задач при проведении вычислительного эксперимента в рамках школьного курса физики.

В рамках разработанной методики предлагается изучение данного метода непосредственно при решении физических задач, что способствует лучшему пониманию, как самой сущности метода, так и его приложимости к конкретным ситуациям. Одновременно необходимо продемонстрировать и приближенность результатов, получаемых с его помощью. Ведь не стоит забывать о том, что выявление условий, при которых получаемый ответ будет максимально достоверным, является неотъемлемой частью вычислительного эксперимента.

При организации и проведении вычислительного эксперимента желательно самостоятельное составление учениками программ на одном из языков программирования, но часто проведение вычислительной работы более удобно и полезно проводить с использованием современных интегрированных математических пакетов.

Анализ исследований C.B. Бубликова, МЛ. Голубовской, A.C. Кондратьева и др. позволил выделить основную идею современной методики решения задач: ориентацию на выработку умений проводить математическое моделирование реальных процессов. По сути, решение задачи сводится к анализу рассматриваемого явления, а не к формальному предъявлению знаний, относящихся к рассматриваемой области. Здесь речь идет главным образом именно об овладении новой методологией исследования, а не приобретении новых предметных знаний. Следует отметить, что использование излагаемого подхода позволяет эффективно бороться с негативными педагогическими явлениями, такими как формализм в знаниях и «понятийная пустота».

Мы определили принципы составления циклов задач, тесно связанные с обсуждаемым информационным и методологическим подходами в обучении физике: и необходимо учитывать общую ориентацию школы и специфику контингента

учащихся конкретного класса; п задачи цикла должны предусматривать возможность для продолжения и развития

анализа ситуаций, т.е. перехода на следующий уровень физического понимания; п сочетание задач, относящихся к различным разделам физики, но предоставляющих возможность обратить особое внимание на какой-то определенный компонент действий в цикле вычислительного эксперимента;

■ в условии задачи особое внимание обращается не на исчерпывающую постановку вопроса, а на круг вопросов, на которые можно найти ответы в рамках рассматриваемой модели физического явления;

■ установление области справедливости ответа (границ применимости модели);

■ применения физических законов разных методологических уровней;

■ направленность на творчество, характеризующая стремление к нестандартным действиям, критичность мышления.

На основе этих принципов, в предлагаемой методике решения физических задач с применением вычислительного эксперимента, ориентированных на развитие умений математического моделирования, было выделено несколько модулей:

■ Задачи, ориентированные на развитие умений моделирования физических явлений (частота взмахов крыльев птицы, столкновение частиц, моделирование подвески автомобиля, посадка самолета).

■ Задачи, иллюстрирующие иерархический подход в математическом моделировании (разгон автомобиля до определенной скорости, расчет электрической цепи с учетом температурной зависимости сопротивления).

■ Задачи, ориентированные на установление границ применимости используемых физических моделей (колебания математического маятника, механика Ньютона и релятивистская механика).

■ Задачи межпредметного характера с применением компьютерной графики (электростатическое поле диполя, магнитное поле проводников с током).

В качестве примера рассмотрим следующую задачу: автомобиль массой т=1000кг, мощность двигателя которого Р = 50кВт, трогается с места. Оцените, за какое время автомобиль наберет скорость V = 100т/ч.

Если подходить к решению данной задачи формально (именно такой подход к решению задач у многих учащихся), то, воспользовавшись законом сохранения энергии му2/2=РМ, получаем следующую зависимость скорости автомобиля от времени: v{t)=^¡2Шfm. Можно построить график этой зависимости (кривая 1 на рис.1), и определить время разгона Д/ = 7.71с.

Полученный нами ответ, несколько настораживает (слишком быстро). Дело в том, что при подобном решении не учитывается тот факт, что в первые секунды после старта используется не вся мощность двигателя. Если учесть это при решении, то уравнение движения выглядит следующим образом: та=^/2, пока скорость такова, что Fmp^v=(^mg/2)^viP, и меняется на та = Р/гт, при достижении скорости у=2Р/тё- По графику зависимости скорости от времени, соответствующему данному решению (кривая 2 на рис.1), можно определить время разгона Д/=9.84с. Этим обычно и ограничивается решение данной задачи в средней школе.

Учет сил сопротивления весьма затрудняет аналитическое решение, но если привлечь для расчетов компьютер, то задача эта становится вполне по силам ученикам старшей школы (особенно в классах физико-математического профиля). К тому же, очевидно, что дальнейшее рассмотрение вопроса позволит установить ряд закономерностей, определяющих некоторые экспериментальные факты, объяснить кото-

рые без учета наличия сил сопротивления невозможно (например, тот факт, что существует предел скорости развиваемой автомобилем).

Решая уравнение движения автомобиля с учетом силы сопротивления: та = -Ь2 + {¿g/2, при v 5 2Pjfmg ; та = -kv2 + P/inv, при v > IP/fimg, строим график зависимости v(/), и замечаем, что время разгона составляет уже А/ = 10.94с (кривая 3 на рис.1).

(км/ч) 350-г

300

250 v(t) 200 150 100 50

1 J^j.

№

, («к)

Рис.1. График зависимости скорости автомобиля от времени.

На основании этого и других, приведенных в диссертации примеров, сделан вывод о том, что применение вычислительного эксперимента в рамках школьного курса физики позволяет не только расширить круг решаемых задач, но и решать стандартные задачи в более сложной постановке.

В рамках разработанной методики мы предлагаем многоуровневый лабораторный практикум, включающий лабораторные работы двух уровней, относящихся к различным разделам физики.

■ Лабораторные работы первого уровня должны, в основном, способствовать получению эмпирических знаний и развитию умений экспериментальной учебной деятельности; они базируются на автоматизации процессов измерений, обработки и визуализации их результатов средствами компьютерно-измерительного комплекса (исследование равномерного и равноускоренного движений, закона сохранения импульса, гармонических колебаний, тепловых процессов, законов постоянного тока, измерение температурного коэффициента сопротивления металлов, ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока).

■ Лабораторные работы второго уровня — комплексные лабораторные работы, в которых реальный эксперимент расширяется и дополняется вариационным компьютерным моделированием изучаемого процесса или явления (исследование

процессов установления тока в нити лампы накаливания, зарядки конденсатора, вытекания воды из сосуда сложной формы, остывания воды, остановки вентилятора). Выполнение работ второго уровня предполагает приобщение к учебно-исследовательской деятельности, овладение современными методами компьютеризации научно-технических исследований.

В основе предлагаемых работ лежит общий дидактический принцип: от частного к общему. Сначала проводится эксперимент, в котором явление или процесс исследуется в рамках возможностей лабораторной установки. Затем проводится теоретический анализ и обобщение полученных экспериментальных результатов. Следующим этапом является компьютерное моделирование с вариацией в широких пределах рада основных параметров исследуемого явления или процесса. Разработанная методика предполагает применение лабораторно-практических работ как за счет времени отведенного на выполнение лабораторного практикума, так и в рамках факультатива. Учащиеся при этом работают в микрогруппах по 2-3 человека. Каждая работа должна представлять собой законченное исследование некоторого физического явления.

Учебный проект рассматривается нами как ещё одна из форм реализации учебного вычислительного эксперимента.

В третьей главе «Экспериментальное обоснование методики применения вычислительного эксперимента как части процесса математического моделирования при изучении реальных физических процессов и явлений в средней школе» приведена экспериментальная проверка эффективности разработанной методики и представлены ее результаты.

На констатирующем этапе изучалось исходное состояние проблемы в практике обучения физике в школе. Методики анкетирования учащихся и преподавателей экспериментальных школ, в котором приняли участие 229 старшеклассников и 19 преподавателей физики со стажем работы от 5 до 25 лет, включали в себя следующие блоки вопросов:

■ выявляющие степень владения учащихся понятиями «физическая методология», «математическое моделирование», «вычислительный эксперимент», «математические методы вычислительной физики», «нелинейные физические явления» и определяющие частоту использования данного учебного материала в процессе обучения;

■ выявляющие отношение учащихся и учителей к инновационным технологиям обучения физике и коррекции содержания школьного курса физики включением вопросов научной методологии, методов вычислительной физики;

■ определяющие трудности, возникающие при использовании компьютерных технологий обучения физике;

■ оценивающие положительные аспекты применения вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе.

В ходе констатирующего этапа эксперимента нами также была проведена диагностика самооценки учащихся, состоящая из вопросов, отражающих практические, экспериментальные, аналитические умения учащихся, включающие перечисление

этих умений с возможностью оценить уровень владения ими «с помощью», «без помощи», «не получается». В результате полученных данных можно сделать вывод: учащиеся готовы к проведению самостоятельной исследовательской деятельности, владеют некоторыми умениями проведения эксперимента, могут обрабатывать информацию разного вида, имеют представление о моделях физических явлений и процессов.

В ходе проведения поискового и формирующего этапов эксперимента решались следующие задачи: разработка содержания заданий для учащихся по организации учебно-исследовательской деятельности; проведение занятий по изучению реальных физических явлений и процессов с применением вычислительного эксперимента; выявление основных затруднений школьников, возникающих в процессе выполнения предлагаемых заданий.

В ходе проведения педагогического эксперимента были получены следующие результаты: составлены цикл задач с ориентацией на развитие умений математического моделирования физических процессов и цикл лабораторно-практических работ по изучению физических процессов с помощью вычислительного эксперимента; предложенная методика получила одобрение у большинства учителей физики, участвовавших в ее проверке; выявлены основные затруднения, которые испытывают учащиеся (нетрадиционное представление информации, процесс обработки результатов анализа, формулировка выводов по результатам исследования).

Для подтверждения достоверности выдвинутой гипотезы исследования и проверки эффективности предлагаемой методики был проведен контрольный этап педагогического эксперимента, задачами которого являлись: анализ деятельности учителя и учащихся при проведении вычислительного эксперимента, определение динамики изменения уровня исследовательских умений и качества знаний учеников, проявления ими познавательного интереса к предмету.

Влияние разработанной методики на уровень экспериментальных умений и навыков проверялась с помощью сравнения средних оценок за выполнение лабораторных работ (таблица 1). По пятибалльной системе оценивались: степень освоения теории; умения планировать и проводить эксперимент, формулировать предположения и проверять их в ходе проведения исследования; умения обрабатывать результаты измерений и представлять их в различном виде, формулировать на основе экспериментальных данных выводы; умения составления отчета и анализа результатов (проверка достоверности созданной модели). Умения и навыки решения задач определялись по результатам проверочных работ (таблица 2). При этом оценивались: степень владения теоретическими знаниями; умение построения модели изучаемого явления; умение определять границы применимости модели явления; умение применять методологические принципы при решении задач; обоснованность выбора математического аппарата (оригинальность и простота решения).

Для определения уровня развития умений и навыков мы использовали показатель результативности: К, - (Л', I И) Л00%, где И, — число учеников, обладающих » -тым уровнем усвоения, Л' — общее число учащихся. Показатель результативности

определялся по трем уровням, которые соответствовали уровням познавательной активности: неудовлетворительные оценки (воспроизводящий уровень); удовлетворительные оценки (интерпретирующий уровень); отличные оценки (творческий уровень).

Таблица 1.

Класс Кол-во уч. Кол-во учеников, получивших Коэфф результативности

"2" и3" "4" "5" К2 Кз Ки

Ю(Б) 20 2 10 4 4 10 50 40

3 я 10(4) 25 2 12 7 4 8 48 44

1 % 10(2) 27 3 16 6 2 И 59 30

н 11(А) 19 2 9 5 3 И 47 42

й 11(5) 21 2 12 4 3 10 57 33

11(4) 22 3 И б 2 14 50 36

о. В ^ 8 Ю(А) 25 1 9 10 5 4 36 60

10(3) 26 2 8 12 4 8 _31 62

о ей Я § 11© 21 2 7 8 4 10 33 57

11(3) 23 2 7 11 3 9 30 61

Таблица 2.

Класс Кол-во уч. Кол-во учеников, получивших Коэфф . результативности

"2" м3" »4" "5м к2 Кз К«

и 1 а м 10® 20 4 10 4 2 20 50 30

10(4) 25 2 11 11 1 8 44 48

10(2) 27 5 $ 13 1 19 30 52

ПСА) 19 4 9 5 1 21 47 32

¡2 11(5) 21 2 7 10 2 10 33 57

11(4) 22 4 12 5 1 18 55 27

& § В б Ю(А) 25 3 9 10 3 12 36 52

10(3) 26 1 7 14 4 4 27 69

И 1 Р) 2 11(Б) 21 2 4 12 3 10 19 71

11(3) 23 3 6 10 4 13 26 65

В контрольных классах показатели кг и К3 существенно выше, чем в экспериментальных, что говорит о преобладании воспроизводящего и интерпретирующего уровней при традиционной форме проведения занятий. Более высокий показатель результативности Л"4.5 в экспериментальных классах, по сравнению с контрольными, дает основание утверждать, что методика применения вычислительного эксперимента повышает творческий уровень познавательной активности учащихся.

Сравнение данных проводилось по критерию %г. В результате нулевую гипотезу пришлось отклонить и принять альтернативное утверждение: методика применения вычислительного эксперимента, как части процесса математического моделирования реальных физических процессов, при изучении физики в средней школе дает преимущество при формировании экспериментальных умений и навыков и способствует повышению уровня развития умений и навыков решения задач.

Для сравнения уровней качества знаний и умений учащихся экспериментальных и контрольных классов (для большей объективности) мы провели поэлементный анализ контрольной работы, проведенной в 10-х классах ФМЛ №239 после изучения темы «Динамика. Законы сохранения в механике». Такой анализ позволил получить не только количественные результаты, но, что значительно важнее, показать изменение качества знаний и умений в плане их полноты, глубины, обобщенности, действенности, осознанности и прочности. Полученные данные позволяют утверждать, что учащиеся экспериментальных классов имеют более полные и глубокие знания, а умения — более действенные. Уровень усвоения знаний, который оценивается как высокий, в экспериментальном классе выше, чем в контрольном, что свидетельствует о целесообразности предложенной методики использования вычислительного эксперимента внутри учебного процесса

После проведения педагогического эксперимента мы провели опрос учащихся экспериментальных классов и выяснили, что подобный метод проведения занятий повышает интерес к изучению физики, помогает лучше понять теоретический материал; подавляющее большинство учеников предпочитают традиционным лабораторным работам по описанию творческие работы с самостоятельным планированием эксперимента; применение вычислительного эксперимента при решении задач позволило учащимся убедиться в том, что решаемые на уроках задачи не так уж и далеки от реальных физйческих процессов, и на конкретных примерах лучше понять, что вкладывается в понятие «границы применимости модели»; увеличилось число учащихся, которые стали обращаться к дополнительным источникам информации и выполнять творческие задания.

В заключении формулируются выводы.

В приложении приводятся примеры заданий, упражнений и задач по каждому из разделов предлагаемой методики.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В настоящее время приходится констатировать, что комплексное решение проблемы применения вычислительного эксперимента при обучении физике не разработано. В частности, нет целостной методики организации учебно-исследовательской деятельности учащихся с использованием вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе.

2. В диссертационной работе показано, что дидактический потенциал применения вычислительного эксперимента реализуется при организации учебно-исследовательской деятельности школьников по изучению реальных физических явлений и процессов.

3. В работе обосновано, что использование вычислительного эксперимента в процессе обучения физике будет продуктивным, если этому предшествует ознакомление учащихся с методологическими знаниями, связанными с применением моделей в научном познании, а также с математическими методами вычислительной физики.

4. В результате исследования предложена методика обучения физике с использованием вычислительного эксперимента, основанная на организации учебных исследований, которые проводятся в соответствии с представлением образования как учебной модели науки, обоснована целесообразность и возможность проведения подобных занятий в рамках существующих школьных программ по физике.

5. Педагогический эксперимент подтвердил гипотезу об эффективности предлагав мой методики и позволил разработать практические рекомендации по организации учебных занятий с применением вычислительного эксперимента.

6. Проведенное исследование позволило выделить перспективные направления дальнейшего научного поиска:

■ разработка компьютерных моделей как объектов учебно-исследовательской деятельности учащихся для всех разделов физики;

■ разработка методики использования вычислительного эксперимента при изучении физики на уровне профильной школы.

Перечень публикаций по теме исследования:

1. Кондратьев A.C., Финагин A.A. Вычислительный эксперимент в рамках школьного курса физики. // Компьютерные инструменты в образовании. - СПб.: ИПО «Информатизация Образования», 2004.-0,35 п.лУ0,15 пл.

2. Финагин A.A. Иерархия моделей и вычислительный эксперимент. // Актуальные проблемы обучения физике в школе и вузе: Межвузовский сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - 0,3 пл.

3. Финагин A.A. Использование учениками персонального компьютера в качестве инструмента исследований. // Физика в школе и вузе: Международный сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2004. - 0,3 пл.

4. Финагин A.A. Моделирование нелинейных колебаний. // Преподавание физики в школе и вузе: Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения». - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2001. - 0,2 пл.

5. Финагин A.A. Проблема реализации вычислительного эксперимента при обучении физике в средней школе. // Актуальные проблемы методики обучения физике в школе и вузе: Межвузовский сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2002. - 0,2 пл.

6. Финагин A.A. Технология практического применения возможностей компьютерного эксперимента при обучении физике в средней школе. // Проблемы преподавания физики в школе и вузе: Всероссийский межвузовский сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - ОД пл.

7. Финагин A.A. Физический практикум в компьютерной лаборатории для классов с углубленным изучением физики. // Актуальные вопросы преподавания физики в школе и вузе: сборник научных статей. - Пенза: Изд-во ПГПУ, 2003. - 0,25 пл.

В работе 1 идея и формулировка задачи эксперимента принадлежит A.C. Кондратьеву, A.A. Финагину - реализация вычислительного эксперимента. Работы 2-7 -

написаны лично автором. В опубликованных работах полно отражены основные положения, результаты и выводы диссертационного исследования.

Подписано в печать 13.09.2004г. Тираж 100 экз. Заказ №800 Санкт-Петербург, ООО «АБЕВЕГА», Московский пр., д.2/6 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 65-299

РНБ Русский фонд

2007-4 18422

17 СЕНШ

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Финагин, Андрей Алексеевич, 2004 год

Введение.

Глава 1. Концепция вычислительного эксперимента как метода научных исследований.

1.1. Математическое моделирование как универсальный метод научного познания.

1.2. Вычислительный эксперимент в рамках процесса математического моделирования.

1.3. Информатизация школьного образования.

1.4. Учебный вычислительный эксперимент как средство формирования и развития основных умений и навыков исследовательской деятельности.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Методика применения вычислительного эксперимента как части процесса математического моделирования при изучении реальных физических процессов и явлений в средней школе.

2.1. Изучение некоторых методов вычислительной физики в рамках курса физики средней школы.

2.2. Применение вычислительного эксперимента при решении физических задач.

2.3. Натурно-вычислительный эксперимент в рамках компьютеризированного лабораторного практикума по физике.

2.4. Элементы проектного обучения физике с применением вычислительного эксперимента.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Экспериментальное обоснование методики применения вычислительного эксперимента как части процесса математического моделирования при изучении реальных физических процессов и явлений в средней школе.

3.1. Организация и структура педагогического эксперимента.

3.2. Состояние проблемы в современной средней школе.

3.3. Итоги формирующего эксперимента.

Выводы по третьей главе.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Вычислительный эксперимент при информационном подходе к изучению физики в средней школе"

Современный этап развития общества характеризуется стремительным ростом объема научной информации, превращением мира в единое информационное целое, внедрением и постоянным обновлением высокоинтеллектуальных производственных технологий. Отсюда вытекает необходимость воспитания человека новой формации, способного к активному творческому освоению знаний, умеющего работать со значительными объемами информации, представленной в самых разных формах. Человека, способного адаптироваться к условиям быстро меняющегося мира, адекватно реагировать на изменения ситуации, прогнозировать развитие событий.

Сегодня в качестве главной цели общего образования выступает не столько усвоение определенных знаний, умений и навыков, сколько достижение всеми учащимися уровня образованности, который обеспечивал бы возможность продолжения образования и являлся фактором саморазвития личности.

Задача современного обучения состоит не просто в сообщении знаний или в превращении знаний в инструмент творческого освоения мира. На первый план в современных социально-экономических условиях выходят требования сохранения и развития личностных качеств ученика, развитие его творческого потенциала, ценностных ориентаций [116]. Формирование такой личности предполагает, создание благоприятных условий и возможностей для полноценного развития личности и систематическое обновление содержания образования, отражающего изменения в сфере науки, культуры, техники, технологии и экономики. Необходимым условием на данном этапе развития общества становится также развитие непрерывной системы образования, обеспечивающей преемственность уровней и ступеней образования и позволяющей осуществлять формирование системы научных знаний и умений, применять их в различных видах практической деятельности.

Обучение должно дать каждому умение самостоятельно находить и осваивать новую информацию, должно формировать способность к творчеству, превращая его в норму, в своеобразный инструмент во всех сферах человеческой деятельности. Таким образом, можно рассматривать обучение как процесс, основу которого составляют поиск и извлечение информации из всевозможных источников, присвоение и критическое осмысление информации, обмен информацией в процессе коммуникации, адекватное преобразование (трансляция) и создание новой информации.

Из вышесказанного следует, что при обсуждении проблем, связанных с модернизацией системы образования, чаще других используются понятия «информация», «содержание образования» и «развитие». В философии, педагогике, дидактике и психологии эти вопросы были детально изучены многими учеными.

В частности, изучалась проблема раскрытия природы информации [12] и [38], выявлялась специфика и значение теоретико-информационного подхода в его приложениях к различным наукам [123], [132], [138]. Психологические аспекты усвоения информации рассматривались в работах [73], [76], [89]. Рассматривалось и обучение с позиций информационного подхода [11], [112], [116].

Проблемы содержания образования подробно рассматривались в теоретических работах [8], [18], [48], [67], [125]. В этих работах предлагалось обновление содержания школьного курса физики на основе идей дифференциации, интеграции и вариативности обучения.

Проблемы развития в процессе обучения также хорошо разработаны в теоретическом плане. В настоящее время, в теории развивающего обучения ведущей идеей является развитие интеллектуальных способностей школьников. Наиболее полно и последовательно идеи развивающего обучения Jl.С. Выготского были развиты в рамках психологической теории деятельности [39], [72], [137]. В области педагогики существенный вклад в теорию развивающего обучения внесли исследования [50], [120], [124]. Многими известными учеными большое внимание уделялось проблеме развития учащихся в процессе обучения физике. В этих работах подробно разрабатывались вопросы формирования мировоззрения учащихся на уроках физики [114], [135], вопросы методологии физики и принцип воспроизведения генезиса научного познания в учебном процессе [33], [56], [62], вопросы интеграции курсов [40], [92], [117], вопросы развития творческих способностей и проблемы одаренных детей [53], [64], [97], вопросы развития познавательного интереса у учащихся и их активизации в процессе обучения [70], [49], исследовался процесс формирования эмпирических знаний по физике [77], вопросы использования физического эксперимента как средства развития учащихся [4], [134], [53] и урок в системе развивающего обучения [106], [129].

Анализ имеющегося опыта позволяет выделить основные направления педагогических преобразований в современной школе:

Преобразования в целях реализации идеи личностной ориентации обучения. Личностная ориентация рассматривается как ориентация на потребности, интересы, предоставление условий для свободы выбора маршрута образования.

Усиление интегративности образования, рассматривая интеграцию в широком аспекте, как в содержании, так и во взаимодействии всех составляющих образовательного процесса, и его функциональных воздействий на личностное развитие субъектов учебного процесса.

Интенсификация информатизации образования в целях повышения его эффективности на самоуправляемое, индивидуализированное, интерактивное и гарантированное в результатах обучение (достижения в предметной области, компетентности и личностном развитии).

Вместе с тем, процесс информатизации образования поставил в качестве одной из главных задач обучения использование возможностей новых информационных технологий, методов и средств информатики для реализации идей развивающего обучения, интенсификации всех уровней учебно-воспитательного процесса, повышения его эффективности. Применение информационных технологий в обучении не ограничивается лишь внедрением компьютерных средств в учебный процесс. Оно понимается шире — как стратегия образования, целью которой является создание открытой, развивающейся информационной системы обучения, обеспечивающей возможности применения всего самого передового, что существует в данный момент в мире, как с точки зрения организации самой информации, так и с точки зрения методов и приемов ее переработки учащимися [111].

В последнее время в связи с бурным развитием информационных технологий и физической науки резко возрос объем новых знаний, накопленных человечеством. Это привело к увеличению роли фундаментальной науки, которое должно отразиться в системе общего физического образования, включая методику изучения физики. В связи с этим в современной методической концепции образование рассматривается как учебная модель науки [59]. Сегодня главная задача преподавателя заключается в том, чтобы научить учащихся отличать главное от второстепенного, фундаментальное от прикладного, понимать иерархию структуры науки, различать отдельные ее компоненты. Общеобразовательный курс физики не может носить узкопредметный характер, а должен включать в себя содержание, адекватное инновационным технологиям обучения: научную методологию, методы вычислительной физики, современные физические теории.

Таким образом, одним из кардинальных изменений физического образования в современной школе становится его методологическая направленность [82]. Необходимость изучения научной методологии вызвана не только научно-техническим прогрессом, но и коренным изменением характера научных знаний, самого процесса познания и взаимоотношения знания и познания. Резко повысился методологический уровень знаний, усложнился процесс научного познания, изменилось соотношение между исследованием и изложением научных знаний: они частично проникают друг в друга.

История методологии информационного моделирования убеждает: она может и должна быть интеллектуальным ядром информационных технологий, всего процесса информатизации общества. Современные научные, технические проблемы, как правило, не поддаются исследованию (в нужной полноте и точности) обычными теоретическими методами. Прямой натурный эксперимент часто долог, дорог либо опасен, иногда попросту невозможен. Поэтому компьютерное моделирование является неизбежной составляющей научно-технического прогресса [105].

В наше время математическое моделирование стало главным источником новой информации о природе, позволяющим получать необходимую информацию за сравнительно короткий период времени, что является чрезвычайно важным, особенно на данном этапе развития человечества в условиях опасности приближающихся катастроф: экологической, энергетической, космической, технической и т.д. Математическое моделирование, благодаря его комплексности, позволяя учитывать огромное количество данных различных отраслей науки, оказывается единственным средством решения глобальных проблем. Оно также оказывается уникальным инструментом, с помощью которого можно получить достаточно успешные результаты исследований в случае недостаточности научных знаний в различных областях и отсутствия необходимости полного исследования [64].

Для глубокого, осознанного овладения физикой необходимо изучать ее на уровне физической методологии уже в средней школе. Следует учить учащихся применять в физике общий подход научных исследований, основанный на методологических принципах, что поможет достичь достоверных результатов как в учебно-познавательной, так и в практической деятельности. При этом критерием качества знаний учащихся выступает умение применять общие принципы, методологию математического моделирования в познании конкретных физических явлений и процессов, при решении возникающих проблемных ситуаций и учебных задач. Сегодня необходимо добиваться, чтобы для учащихся наука была не перечнем открытий, не суммой формул, а способом мышления в процессе познания окружающего мира, логическим подходом к решению проблем. Овладение научной методологией, включая математическое и компьютерное моделирование, создает предпосылки для повышения уровня образованности учащихся и изменения их позиции в образовательном процессе [18].

Развитию новых информационных технологий в обучении физике, в последнее время, уделяется значительное внимание в учебно-методической литературе. Изучались вопросы использования моделей и аналогий [54] и [113], исследовались современные информационные технологии обучения физике [51], [71], [130], вопросы обучения решению задач и моделированию реальных процессов [63], [66]. В этих работах были выделены основные принципы информационного обучения, определены пути реализации методологического подхода в преподавании физики и требования к отбираемому учебному материалу.

Вместе с тем, следует отметить, что исследования вопроса применения компьютерного моделирования и других информационных технологий в обучении, не охватывают в полной мере, проблемы применения вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе.

Таким образом, целью предпринимаемого исследования является разработка и обоснование методов применения вычислительного эксперимента как части процесса математического моделирования реальных физических процессов и явлений при изучении физики в средней школе.

Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи: провести анализ исследований по проблеме информационного подхода в образовании и выявить теоретические основы необходимости применения вычислительного эксперимента при изучении физических явлений; выявить наиболее перспективные направления компьютеризации лабораторного практикума по физике и выбрать наиболее физически яркие модели для постановки учебного вычислительного эксперимента, разработать методику проведения учебного вычислительного эксперимента по изучению выбранных моделей; изучить учебные программы по основам информатики и определить уровень сложности разрабатываемых заданий для самостоятельного вычислительного эксперимента; определить систему критериев для оценки эффективности предлагаемой методики в ходе проведения педагогического эксперимента; разработать и провести курс факультативных занятий «Исследование некоторых физических явлений с помощью вычислительного эксперимента» и проверить эффективность влияния предлагаемой методики на качество знаний и умений учащихся, на активизацию их познавательной деятельности.

Для реализации поставленных задач и проверки гипотезы исследования применялись следующие методы исследования: теоретический анализ проблемы на основе изучения физической, психолого-педагогической, методической и специальной литературы; анализ и обобщение опыта внедрения инновационных педагогических и компьютерных технологий в образовательный процесс (в частности, в лабораторный практикум); составление моделей, алгоритмов и программ для проведения учебного вычислительного эксперимента при изучении физических явлений; систематическое наблюдение за реальным учебным процессом, беседы и тестирование учителей физики и учащихся; педагогический эксперимент констатирующего, поискового и формирующего характера; методы математической статистики для количественной оценки его результатов.

Критерии эффективности предлагаемой методики:

Позитивное влияние методики на уровень качества знаний, экспериментальных умений и навыков решения задач учащихся средней школы.

Повышение эффективности преподавания физики при использовании данной методики.

Положительная динамика проявления учащимися познавательных интересов.

Теоретическое значение работы заключается в обосновании необходимости изучения некоторых физических явлений с использованием возможностей вычислительного эксперимента, и в разработке целостной методологической системы обучения, позволяющей включить в учебные программы некоторые вопросы физики, изучение которых по традиционной методике либо связано с большими трудностями, либо не представляется возможным.

Научная новизна исследования.

В работе предлагаются технология изучения физики, базирующаяся на рассмотрении реальных физических процессов с использованием вычислительного эксперимента как составной части процесса математического моделирования, которая включает: исследовательский метод обучения; приемы повышения активности познавательной деятельности школьников на занятиях; задания по исследованию физических явлений с развивающимся содержанием; дифференцированный подход к изучению явлений.

В отличие от предшествующих исследований, в которых рассматриваются системы обучения в вузах, предлагаемая методика доступна для физико-математических и общеобразовательных школ.

Практическое значение исследования заключается в том, что теоретические разработки доведены до уровня практического внедрения: разработана и опробована методика обучения физике с применением вычислительного эксперимента в курсе средней школы; составлен цикл задач с ориентацией на развитие умений математического моделирования физических процессов и явлений; составлен цикл лабораторно-практических работ по изучению физических процессов с помощью вычислительного эксперимента.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечена комплексным использованием разнообразных методов исследования, соблюдением основных требований, предъявляемых к организации и проведению педагогического эксперимента, длительностью эксперимента и его повторяемостью.

Этапы исследования. На первом этапе (2001-2003 гг.) проводилось изучение философской, педагогической и методической литературы по теме исследования и на основе ее анализа выявлялись методологические основы исследования, осуществлялось теоретическое обоснование темы, определялись задачи исследования. На этом же этапе исследования изучалось состояние проблемы в современной школе (наблюдение, анкетирование и т.д.), с целью планирования педагогического эксперимента.

На втором этапе исследования (2003-2004гг.) осуществлялась разработка предлагаемой методики, и ее использование при обучении в экспериментальных классах. Были разработаны цикл задач, ориентированных на развитие умений математического и компьютерного моделирования, и цикл лабораторно-практических работ по изучению физических явлений с помощью вычислительного эксперимента. Также были определены критерии оценки эффективности предлагаемой методики.

На защиту выносятся следующие положения:

Опытно-экспериментальной базой исследования в период 20022004 гг. являлись средние общеобразовательные школы №23, 181 и физико-математический лицей №239 города Санкт-Петербурга. Всего в эксперименте принимали участие 123 учащихся 10-х и 106 учащихся 11-х классов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Общий объем текста 149 страниц, библиографический список литературы содержит 143 наименования. Работа иллюстрирована 9 рисунками, 13 таблицами, 6 диаграммами.

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

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.

Анализ результатов проведения педагогического эксперимента показал, что учащиеся испытывают потребность в изучении современных методов вычислительной физики, а учителя — объективную возможность формирования методологических знаний по физике на школьном уровне.

В ходе эксперимента была обоснована целесообразность использования вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе и выявлены основные причины крайне редкого использования компьютера в качестве инструмента исследования на уроках.

Педагогический эксперимент по оценке эффективности методики применения вычислительного эксперимента, как части процесса математического моделирования реальных физических процессов, при изучении физики в средней школе подтвердил гипотезу исследования и показал: позитивное влияние методики на качество знаний, экспериментальных умений и навыков решения задач, повышение эффективности преподавания физики и положительную динамику проявления учащимися познавательных интересов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время приходится констатировать, что комплексное решение проблемы применения вычислительного эксперимента при изучении физики в средней школе не разработано. В частности, нет целостной методики организации учебно-исследовательской деятельности учащихся с использованием вычислительного эксперимента в процессе обучения физике в средней школе.

1. В диссертационной работе показано, что дидактический потенциал применения вычислительного эксперимента реализуется при организации учебно-исследовательской деятельности школьников по изучению реальных физических явлений и процессов.

2. В работе обосновано, что использование вычислительного эксперимента в процессе обучения физике будет продуктивным, если этому предшествует ознакомление учащихся с методологическими знаниями, связанными с применением моделей в научном познании, а также с математическими методами вычислительной физики.

3. В результате исследования предложена методика обучения физике с использованием вычислительного эксперимента, основанная на организации учебных исследований, которые проводятся в соответствии с представлением образования как учебной модели науки.

4. Педагогический эксперимент осуществлялся в течение трех лет и подтвердил гипотезу об эффективности предлагаемой методики.

5. Проведенное исследование позволило выделить перспективные направления дальнейшего научного поиска: разработка компьютерных моделей как объектов учебно-исследовательской деятельности учащихся для всех разделов физики; разработка методики использования вычислительного эксперимента при изучении физики на уровне профильной школы.

Перечень публикаций по теме исследования:

Кондратьев А.С., Финагин А.А. Вычислительный эксперимент в рамках школьного курса физики. // Компьютерные инструменты в образовании. -СПб.: НПО «Информатизация Образования», 2004. - 035 плУ0,15 пл. Финагин А.А. Иерархия моделей и вычислительный эксперимент. // Актуальные проблемы обучения физике в школе и вузе: Межвузовский сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - 0,3 пл.

Финагин А.А. Использование учениками персонального компьютера в • качестве инструмента исследований. // Физика в школе и вузе: Международный сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2004. - 0,3 пл.

Финагин А.А. Моделирование нелинейных колебаний. // Преподавание физики в школе и вузе: Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения». - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2001. - 0,2 пл.

Финагин А.А. Проблема реализации вычислительного эксперимента при обучении физике в средней школе. // Актуальные проблемы методики обучения физике в школе и вузе: Межвузовский сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2002. - ОД пл. •

Финагин А.А. Технология практического применения возможностей компьютерного эксперимента при обучении физике в средней школе. // Проблемы преподавания физики в школе и вузе: Всероссийский межвузовский сборник научных статей. - СПб.: Изд. РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - ОД пл.

Финагин А.А. Физический практикум в компьютерной лаборатории для классов с углубленным изучением физики. // Актуальные вопросы преподавания физики в школе и вузе: сборник научных статей. - Пенза: Изд-во ПГПУ, 2003. - 0,25 пл.

В работе №1 А.С. Кондратьеву принадлежит постановка проблемы и формулировка задачи эксперимента, А.А. Финагину - реализация вычислительного эксперимента и методические рекомендации к организации данного проекта. Работы 2, 3, 4, 5, 6, 7 - написаны лично автором. В опубликованных работах полно отражены основные положения, результаты и выводы диссертационного исследования.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Финагин, Андрей Алексеевич, Санкт-Петербург

1. Абрамзон А.А. О методологии в естественных науках. - СПб.: НеоТЭКС, 1996.

2. Амелькин В.В. Дифференциальные уравнения в приложениях. М.: Наука, 1987.

3. Анохин В.Б. Гносеологические проблемы математического моделирования: Автореф. дис. . канд. филос. наук. Л., 1983.

4. Анциферов Л.И. Использование управляющей функции ЭВМ в физическом эксперименте. // Использование физического эксперимента и ЭВМ в учебном процессе: Сб. научн. трудов. Свердловск, 1987.

5. Апатова Н.В. Информационные технологии в школьном образовании. -М., 1994.

6. Арчер Д. Эволюционная социальная психология. // Перспективы социальной психологии. / Пер. с англ. М., 2001.

7. Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. М., 2002.

8. Бабанский Ю.К. Интенсификация процесса обучения. М.: Знание, 1987.

9. Баширова И.А. Теоретизация знаний учащихся по физике на основе методологических принципов. Автореф. дис. . канд. пед. наук. Киев, 2003.

10. Берлина Т.Р. Вариативность содержания и методики проведения физического практикума в средней школе: Автореф. дис. . канд. пед. наук. СПб., 1995.

11. И. Бешенков С.А. Информатика и информационные технологии. -Екатеринбург: УРГПУ, 1995.

12. Бирюков Б.В. Кибернетика, информатика, вычислительная физика, автоматика: проблемы становления и развития. Вклад отечественной науки. // Кибернетика: прошлое для будущего. М.: Наука, 1989.

13. Боброва JI.B., Шарый В.А. Математическое моделирование. Основные понятия. Л., 1991.

14. Бондаренко О.В. Вычислительный эксперимент: природа и роль в становлении информационной физики: Автореф. дис. . док. филос. наук. Иркутск, 1997.

15. Бордовский Г.А., Горбунова И.Б., Кондратьев А.С. Персональный компьютер на занятиях по физике. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 1999.

16. Бордовский Г.А., Извозчиков В.А. Концептуальный подход к компьютерной технологии обучения. // Современные технологии контроля знаний и экзамена. Сельдце, 1987.

17. Бороненко Т.А. Теоретическая модель системы методической подготовки учителя информатики: Автореф. дис. . док. пед. наук. -СПб., 1998.

18. Бубликов С.В. Методологические основы вариативного " построения содержания обучения физике в средней школе: Автореф. дис. . док. пед. наук.-СПб., 2000.

19. Бубликов С.В., Кондратьев А.С. Методологические основы решения задач по физике в средней школе: Уч. пособие. СПб.: Образование, 1996.

20. Бурсиан Э.В. Задачи по физике для компьютера: Уч. пособие для физ.-мат. фак. -М.: Просвещение, 1991.

21. Бурсиан Э.В., Лужков А.А., Соломин В.П. Решение биологических задач на компьютере: Уч. пособие для студентов ин-та естествознания. СПб.: Образование, 1997.

22. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Лаптев В.В. Изучение кинематики с использованием персонального компьютера. СПб., 1994.

23. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Лаптев В.В. Использование персонального компьютера при изучении основ физики колебаний. СПб., 1994.

24. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Степанов В.А., Уздин В.М. Изучение динамики с использованием персонального компьютера: Уч. пособие. -Чебоксары: Изд-во Чувашского ун-та, 1992.

25. Быков А.А. Формирование обобщающих экспериментальных умений учащихся на уроках физики. Автореф. дис. . канд. пед. наук. JL, 1983.

26. Быков А.А., Густенков П.А. Определение скорости вытекания жидкости из отверстия в вертикальной стенке сосуда. // Актуальные проблемы обучения физике в школе и вузе. СПб., 2003.

27. Верхозин А.Н. Вычислительный эксперимент в общем курсе физики. -СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001.

28. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. / Пер. с англ. М.: Мир, 1989.

29. Водопьян Г.М. Технология физического эксперимента в естественнонаучной лаборатории. Комплект Philip Harris: Методическое пособие для учителя. М.: Институт новых технологий образования, 1996.

30. Выготский JI.C. Педагогическая психология. М., 1999.

31. Гелль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс. / Пер. с франц. 2-е изд. испр. М.: ДМК, 1999.

32. Глазова Л.П. Вычислительный эксперимент как средство изучения нелинейных явлений в курсе физики. Автореф. дис. . кан. пед. наук. -СПб., 1998.

33. Голин Г.М. Образовательные и воспитательные функции методологии научного познания в школьном курсе физики: Уч. пособие. -М.: МОПИ, 1986.

34. Голубева О.Н. Теоретическая проблема общего физического образования в новой образовательной парадигме: Автореф. дис. . док. пед. наук. -СПб., 1995.

35. Голубовская М.П. Современный подход к решению задач по механике в курсе физики средней школы. Дис. . канд. пед. наук. СПб, 1992.

36. Гончарова С.В. Повышение эффективности наглядности обучения при использовании динамических компьютерных моделей на уроках физики: Автореф. дис. канд. пед. наук. СПб., 1996.

37. Грабарь М.И. Планирование методических экспериментов и математическая обработка их результатов: Автореф. дис. . док. пед. наук. -М., 1989.

38. Гришкин И.И. Социально-философские проблемы научно-технического прогресса: Тез. докл. науч. конф. -Казань, 1986.

39. Давыдов В.В. Теория развивающего обучения. М., 1996.

40. Дик Ю.И. Проблемы и основные направления развития школьного физического образования в Российской Федерации: Дис. док. пед. наук в форме научного доклада. М., 1996.

41. Довга Г.В. Проблемы инновационных технологий обучения на уроках физики в средней школе. Автореф. дис. канд. пед. наук. СПб., 1999.

42. Дулов В.Г., Цибаров В.А. Математическое моделирование в современном естествознании: Уч. пособие. СПб., 2001.

43. Дьюи Д. Психология и педагогика мышления. / Пер. с англ. М., 1999.

44. Дьяконов В.П. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. -Спб., 2002.

45. Дьяконов В.П., Абраменко И.В. MathCad 7 в математике, физике и Internet. -М.: Нолидж, 1998.

46. Ершов А.П. Информатика. Технологические аспекты: Сб. науч. трудов. -Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1987.

47. Зверев И.Д. Совершенствование содержания образования в школе. М.: Педагогика, 1985.

48. Зверева М.И. Организационно-педагогические условия использования информационных компьютерных технологий в образовательном процессе гимназии. Автореф. дис. канд. пед. наук. М., 1999.

49. Зорина Л.Я. Дидактические аспекты естественнонаучного образования. -М, 1993.

50. Извозчиков В.А. Дидактические основы компьютерного обучения: Межвуз. сб. науч. трудов. Л.: ЛГПИ, 1989.

51. Извозчиков В.А. Инфоноосферная эдукология. Новые информационные технологии обучения: Уч. пособие. СПб.: РГПУ, 1991.

52. Кабардин О.Ф. Методика факультативных занятий по физике: Пособие для учителя. -М., 1988.

53. Каменецкий С.Е., Михайлова В.В. Форма обучения физике: традиции, инновации. Уфа, 2001.

54. Кацура А.И., Келле В.В., Новик И.Б. Философско-гнесеологические аспекты системного моделирования. М., 1982.

55. Коварский Ю.А. Роль мысленных моделей и методика их использования в процессе обучения физике в средней школе: Автореф. дис. канд. пед. наук. М., 1973.

56. Колин К.К. Информационный подход как фундаментальный метод научного познания. М., 1998.

57. Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент: Введение в информатику с позиций математического моделирования: Сб. статей. / Под ред. А.А. Самарского. М.: Наука, 1988.

58. Кондратьев А.С. Лаптев В.В., Трофимова С.Ю. Физические задачи и индивидуальные пути образования: Науч-метод. разработка. СПб., 1996.

59. Кондратьев А.С., Лаптев В.В., Ходанович А.И. Вопросы теории и практики обучения физике на основе новых информационных технологий: Уч. пособие. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2001.

60. Кондратьев А.С., Лаптев В.В., Ходанович А.И. Информационная методическая система обучения в школе: Монография. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003.

61. Кондратьев А.С., Петров В.Г., Уздин В.М. Методология физической теории в школьном курсе физики, СПб.: ИНТА, 1994.

62. Кондратьев А.С., Филиппов М.Э. Математическое моделирование реальных процессов. / Компьютерные инструменты в образовании. -СПб., 1999, №1.

63. Кондратьев А.С., Филиппов М.Э. Физические задачи и математическое моделирование реальных процессов: Учебно-методическое пособие для учителя. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2001.

64. Кондратьев А.С., Чоудэри А.Д. Введение в математическое моделирование. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 1999.

65. Краевский В.В., Полонский В.М. Методология для педагога: теория и практика: Уч. пособие. Волгоград: Перемена, 2001.

66. Кудрявцев В.Т. Проблемное обучение: истоки, сущность, перспективы. -М.: Знание, 1991.

67. Кузьмина Н.В., Григорьева Е.А., Якунин В.А. Методы системного педагогического исследования: Уч. пособие. М.: Народное образование, 2002.

68. Ланина И.Я. Методика формирования познавательного интереса школьников в процессе обучения физике. Автореф. дис. . док. пед. наук.-Л., 1986.

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

70. Леонтьев А.Н. Проблемы развития психики. / 4-е изд. М.: МГУ, 1981.

71. Линдсей П., Норман Д. Переработка информации у человека. / Пер. с англ. -М., 1974.

72. Липкин А.И. Модели современной физики: взгляд изнутри и извне. М.: ГНОЗИС, 1999.

73. Лукин С.Н. Turbo Pascal: Самоучитель для начинающих. / 2-е изд. исп. и доп. М: «Диалог-МИФИ», 2002.

74. Лурия А.Р., Цветкова Л.С. Нейропсихология и проблема обучения в общеобразовательной школе. -М., 1997.

75. Майер Р.В. Проблема формирования системы эмпирических знаний по физике: Автореф. дис. док. пед. наук.- СПб., 1999.

76. Маланюк П.М. Повышение эффективности самостоятельной работы учащихся при изучении физики на основании использования компьютерной техники: Автореф. дис. канд. пед. наук.- Киев, 1991.

77. Малинецкий Г.Г. Хаос. Структуры. Вычислительный эксперимент: Введение в нелинейную динамику. -М.: Эдиториал УРСС, 2002.

78. Махмутов М.И. Организация проблемного обучения в школе. М.: Просвещение, 1977.

79. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. -М.: Педагогика, 1988.

80. Методика обучения физике в школе и вузе: Сборник научных статей. / Под ред. В.В. Лаптева, В.А. Бордовского, И.Я. Ланиной. СПб.: Изд-во РГТТУ им. А.И. Герцена, 2000.

81. Михалкин B.C. Основные концепции математического моделирования физических объектов и систем. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1999.

82. Морозов К.Е. Математическое моделирование в научном познании. -М.: Мысль, 1969.

83. Мураховский И.Е. Методические проблемы организации исследовательской деятельности учащихся на занятиях по физике: Автореф. дис. канд. пед. наук. СПб., 1996.

84. Немнюгин С.А. Turbo Pascal: Учебник. СПб.: «Питер», 2000.

85. Немцев А.А. Компьютерные модели и вычислительный эксперимент в школьном курсе физики: Автореф. дис. канд. пед. наук. СПб., 1992.

86. Николь Н., Альбрехт Р. Электронные таблицы Excel 5.0 для квалифицированных пользователей. / Пер. с нем. М: ЭКОМ, 1994.

87. Норман Д. Память и научение. / Пер. с англ. М., 1985.

88. Орлик С .В. Секреты Delphi на примерах. М.: БИНОМ, 1996.

89. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности учащихся при изучении школьного курса физики. Автореф. дис. . док. пед. наук. Челябинск, 2003.

90. Пинский А.А. Новая школа: Основы комплексного проекта обновления школьной экономики, управления школой и содержания общего образования. М., 2002.

91. Плохотников К.Э. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент: методология и практика. -М.: УРСС, 2003.

92. Плохотников К.Э. Математическое моделирование. Экзистенциальный аспект. М.: Изд-во МГУ, 1993.

93. Пойа Д. Как решать задачу. / Пер. с англ. Львов: Журнал «Квантор», 1991.

94. Принцип суперпозиции и нелинейные эффекты в школьном курсе физики: Методические рекомендации. / Ред. Г.А. Бордовский. Л., 1990.

95. Пурышева Н.С. Дифференцированное обучение физике в средней школе. -М., 1993.

96. Развитие творческой активности школьников. / Под ред. A.M. Матюшкина. -М.: Педагогика, 1991.

97. Разумовский В.Г. Проблема развития творческих способностей учащихся в процессе обучения физике. Автореф. дис. . док. пед. наук. -М., 1972.

98. Ракитов А.И. Философия компьютерной революции. М.: Политиздат, 1991.

99. Розова Н.Б. Применение компьютерного моделирования в процессе обучения. Автореф. дис. . кан. пед. наук. Вологда, 2002.

100. Рузавин Г.И. Методология научного исследования: Уч. пособие. М.: ЮНИТИ, 1999.

101. Самарский А.А. Математическое моделирование новая методология научных исследований: Уч. пособие. -М., 1990.

102. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. / 2-е изд. исп. -М.: Физматлит, 2001.

103. Самарский А.А., Михайлов А.П. Компьютеры и жизнь: Математическое моделирование. М.: Педагогика, 1987.

104. Сауров Ю.А. Электродинамика. Модели уроков. Электромагнитная индукция. Электромагнитные колебания. Киров, 1989.

105. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1987.

106. Сельдяев В.И. Развитие исследовательских умений учащихся при использовании компьютеров в процессе выполнения лабораторных работ на уроках физики: Автореф. дис. . канд. пед. наук. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 1999.

107. Смолянинова О.Т. Организация компьютерных уроков по физике в системе развивающего обучения: Автореф. дис. . канд. пед. наук. -Красноярск, 1992.

108. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. / 3-е изд. Пер. и доп. -М.: Высш. шк., 2001.

109. Современные проблемы обучения физике в школе и вузе: Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения» / Под ред. В.В. Лаптева, В.А. Бордовского, И.Я. Ланиной. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2002.

110. Соколова И.В. Социология информатизации: теоретико-методологическое исследование: Автореф. дис. . док. соц. наук. -М., 1999.

111. Солодухин Н.А. Совершенствование методов и приемов обучения физике в малокомплектной сельской школе. Ярославль, 1988.

112. Спасский Б.И. Вопросы методологии и историзма в курсе физике средней школы. -М., 1975.

113. Старовиков М.И. Компьютерный эксперимент как средство развития экспериментально-исследовательских умений. // Наука и школа, 2001, № 2.

114. Степанова Г.Н. Обновление содержания физического образования в основной школе на основе информационного подхода. Автореф. дис. . док. пед. наук. М., 2002.

115. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе. М., 1990.

116. Теория и практика педагогического эксперимента. / Под ред. А.И. Пискунова, Г.В. Воробьева. М.: Педагогика, 1979.

117. Тихонов А.Н., Гончаровский А.В., Степанов В.В. Численные методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1990.

118. Тряпицына А.П. Педагогические основы учебно-познавательной деятельности школьников: Автореф. дис. д-ра. пед. наук. Л., 1991.

119. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем. М.: Мысль, 1978.

120. Уздин В.М., Пулатов Ю.П. Обучение физике и компьютер // Нетрадиционное обучение физике в средней школе (методика и технология): Межвузовский сб. научн. трудов. СПб.: Образование, 1992.

121. Урсул А.Д. Информатизация в обществе: введение в социальную информатику: Уч. пособие. -М., 1990.

122. Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. -М.: Просвещение, 1988.

123. Фадеева А.А. Обучение учащихся старших классов самостоятельной работе с учебником физики: Автореф. дис. . канд. пед. наук. -М., 1987.

124. Феофанов С.А. Натурный и вычислительный эксперимент в курсе физики средней школы: Автореф. дис. . канд. пед. наук. СПб., 1996.

125. Фокин M.JI. Построение и использование компьютерных моделей физических явлений в учебно-воспитательном процессе: Автореф. дис. канд. пед. наук. М., 1989.

126. Фридман JI.M. Формирование общеучебных умений у школьников. -Кемерово, 1993.

127. Хижнякова J1.C. Формирование у учащихся теоретических обобщений на уровне понятий при обучении физике: Пед. вуз., общеобразоват. учреждения. М., 2001.

128. Ходанович А.И. Концептуально-методические аспекты информатизации общего физического образования на современном этапе: Дис. . док. пед. наук. СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003.

129. Черкасская Е.Н. Разработка многоуровневого компьютеризированного лабораторного практикума в техническом вузе. Автореф. дис. . кан. пед. наук. Воронеж, 2001.

130. Черри К. Человек и информация / Пер. с. англ. М., 1972.

131. Шабашов Л.Д. Развитие исследовательских умений учащихся средней школы: Автореф. дис. канд. пед. наук. СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 1997.

132. Шамало Т.Н. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении. Свердловск, 1990.

133. Шаронова Н.В. Методика формирования научного мировоззрения учащихся при обучении физике. М., 1994.

134. Штофф В.А. Проблемы методологии научного познания. М.: Высшая школа, 1978.

135. Щукина Г.И. Педагогические проблемы формирования познавательных интересов учащихся. / АПН СССР. -М.: Педагогика, 1988.

136. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. / Пер. с англ. М., 1959.

137. Briotta D.A., Seligman P.F., Smith P.A., ect. The appropriate use of microcomputers in undergraduate physics labs // Amer. J. Phys. 1987, v.55, №10.

138. Kadanoff L.P. Greats. Physics Today. 1994. - №4.

139. Kirkup L. Computer simulation of electric field lines // Phys. Educ. v.20 - №3, 1985.

140. Rubinstein R.Y. Simulation and the Monte Carlo Method, John Wiley & Sons, 1981.

141. Thornton R.K. and Sokoloff D.R. Learning motion concepts using real-time microcomputer-based laboratory tools. // Amer. J. Phys. 1991, v.58.