Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Отражение новейших достижений физики в специальных 20 практикумах педагогических вузов
1.1. Некоторые важные проблемы современной физики 20
1.2. Формирование представлений студентов педагогических 27 вузов о ряде проблем современной физики
1.3. Состояние специальных практикумов педагогических ву- 49 зов на настоящий момент времени с точки зрения наличия работ, посвященных современной физике
1.4. Методика проведения лабораторных работ и ее особенно- 61 сти в вузе
Выводы по первой главе 65
Глава 2. Создание лабораторных,. забот в специальном практикуме 67
педагогического вуза с использованием различных видов
моделирования
2.1. Место моделирования в концепции специального практи- 67 кума педагогического вуза по современной физике
2.2. Общая характеристика созданных лабораторных работ 74
2.3. Компьютерное моделирование в лабораторных работах 78 спецпрактикума
2.3.1. Технология постановки лабораторной работы 81
2.3.2. Необходимые теоретические сведения для выполнения ра- 84 боты "Компьютерное моделирование взаимодействия частиц высоких энергий"
2.3.3. Содержание практической части работы и методика прове- 98 дения эксперимента
2.4. Совместное использование компьютерного моделирования 105
и моделирования с использованием специально созданных
предметных моделей
2.4.1. Технология изготовления экспериментальной установки 110
2.4.2. Необходимые теоретические сведения для выполнения ра- 113 боты "Исследование солитонов и их свойств"
2.4.3. Содержание практической части работы и методика прове- 121 дения эксперимента
2.5. Моделирование физического эксперимента с использова- 127
нием предметных моделей
2.5.1. Технология изготовления экспериментальной установки 13 3
2.5.2. Содержание практической части работы и методика прове- 136 дения эксперимента
2.6. Пути совершенствования лабораторных работ созданного 138 комплекса
2.7. Особенности методики проведения лабораторных работ 140 специального практикума в педагогическом вузе
Выводы по второй главе 151
Глава 3. Опытно-экспериментальная работа 153
3.1. Организация и методика проведения опытно- 153 экспериментальной работы
3.2. Анализ результатов опытно-экспериментальной работы 155 (констатирующий и поисковый этапы)
3.3. Анализ результатов анкетирования, направленного на вы- 159 яснение качества созданных работ (обучающий этап)
3.4. Анализ результатов анкетирования, направленного непо- 178 средственно на проверку гипотезы исследования (обучающий этап)
3.5. Анализ результатов экспертной оценки 197
Выводы по третьей главе 207
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 209
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 212
Введение к работе
Физика - быстроразвивающаяся наука. Лишь за последние несколько десятилетий было открыто значительное число ранее неизвестных науке фактов и явлений, возникли новые теории. Для проведения наблюдений и измерений с большей точностью создавались новые экспериментальные установки и приборы, ведь содержание открытий часто черпалось непосредственно из эксперимента. Физический эксперимент - источник познания объективного мира, новые теории и вновь установленные факты приводят к новым объяснениям многих физических явлений. Следовательно, важной задачей обучения физике, как в школе, так и в педагогическом вузе, является раскрытие перед учащимися и студентами значимости физического эксперимента. Кроме того, изучение современной физики может не только развить общий кругозор учителя физики, но и поможет ему повысить интерес к науке у его учеников. Необходимо сформировать правильные представления о физической науке и у студентов, и у учащихся, показать, что физика - наука, стремительно движущаяся вперед.
При современном уровне развития физической науки, когда поток открытий чрезвычайно велик, становится невозможным оперативное корректирование образовательного процесса по физике в педагогическом вузе с учетом последних достижений науки. В курсах общей и теоретической физики возможно лишь частичное знакомство обучаемых с основными направлениями современной науки. В этих условиях наиболее удобным способом знакомства студентов с новейшими физическими открытиями являются специальные курсы и специальные практикумы, входящие обычно в заключительный этап обучения. Можно выделить некоторые особенности специальных практикумов [130].
• чаще всего специальные практикумы проводятся на старших курсах вузов, после всех курсов по специальности;
• в спецпрактикумах участвует сравнительно небольшое количество студентов (10-15 человек), интересующихся данным направлением науки и техники;
• в спецпрактикумы включают работы не только проверочные, но и исследовательские, которые развивают самостоятельность мышления, творческий подход к решению практических задач;
• на выполнение работ спецпрактикума отводится достаточное количество времени.
Любой спецпрактикум должен удовлетворять ряду требований [129]:
• спецпрактикум должен содержать наиболее важные, широкие и перспективные вопросы научно-технического прогресса;
• спецпрактикум обычно дополняет базовый курс физики;
• в спецпрактикуме обычно применяются современные методы исследования, современная и универсальная аппаратура, компьютерная техника;
• спецпрактикумы не должны быть оторваны от школьного курса, чтобы знания, полученные при их выполнении, можно было применять на занятиях факультативов, кружков, а то и на обычных уроках.
В течение длительного времени в спецпрактикумах педвузов ставились работы, непосредственно связанные с тематикой научных исследований соответствующей кафедры. В исследовании Е.Б. Петровой [117] была обоснована принципиальная идея о целесообразности постановки таких работ спецпрактикума, в которых отражались бы не узкие, специфические для конкретного научного подразделения направления, а наиболее важные, фундаментальные проблемы современной физики.
Одна из важнейших задач при этом - отбор тех вопросов современной физики, которым необходимо уделять внимание в спецпрактикумах и спецкурсах педагогических вузов. На основе анализа литературы [26] можно выбрать около двадцати проблем современной физики, разделенных по трем направлениям: микрофизика, макрофизика и мегафизика.
Среди проблем микрофизики обычно выделяют:
1. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика. Единая теория слабого и электромагнитного взаимодействий. Стандартная Модель. Великое Объединение. Супер Объединение.
2. Взаимодействие частиц высоких энергий.
Среди проблем макрофизики наиболее важны такие направления, как:
1. Управляемый термоядерный синтез.
2. Высокотемпературная сверхпроводимость.
3. Получение экзотических веществ (металлического водорода, жидких кристаллов, фуллеренов, сверхтяжелых элементов и др.).
4. Физика поверхности. Кластеры. Двумерная электронная жидкость.
5. Некоторые вопросы физики твердого тела (гетероструктуры в полупроводниках, переходы металл-диэлектрик).
6. Поведение вещества в сверхсильных магнитных полях.
7. Нелинейная физика: солитоны, хаотические явления.
8. Разеры, гразеры, сверхмощные лазеры.
К наиболее важным проблемам мегафизики можно отнести:
1. Космологическую проблему. Связь между космологией и физикой высоких энергий.
2. Нейтронные звезды и пульсары. Черные дыры. Космические струны.
3. Проблема темной материи (скрытой массы) и ее детектирования.
Кроме того, отдельным пунктом следует выделить достижения и перспективы научного приборостроения (туннельный микроскоп, томограф, стандарт частоты и др.).
Изучение вопросов современной физики в достаточно систематизированном виде возможно в рамках различных спецкурсов и связанных с ними спецпрактикумов. В этом случае спецпрактикум может взять на себя функции экспериментального сопровождения спецкурса.
Однако, спецпрактикум можно рассматривать не только как дополнение к спецкурсу, но и как самостоятельную дисциплину, если в полной мере воспользоваться всеми его возможностями и создать оптимальную методику его проведения.
Впервые, идея о том, что именно вопросы современной физики должны составить содержание лабораторных работ специального практикума была высказана в публикациях научно-методической группы из Mill У, возглавляемой Ильиным В.А. [59]. Наиболее полно она изложена в диссертационном исследовании Петровой Е.Б. [117]. Эта идея была положена в основу концепции спецпрактикума по современной физике для студентов педвузов.
Спецпрактикумы распространены в педагогических вузах достаточно широко. Большинство из них только лишь начинают следовать указанной выше концепции. Поэтому существует потребность в создании комплексов новых лабораторных работ, обладающих специфическими особенностями, характерными только для спецпрактикума. Несмотря на востребованность таких работ, теоретические основы для их создания и для разработки методики проведения занятий в полной мере не сформировались.
Перенесение в учебные физические лаборатории сложного современного физического эксперимента практически невозможно; при его реализации возникает ряд экономических, технических и методических проблем. Необходимые приборы и установки сложны и очень дороги. Кроме того, при прямом переносе экспериментального научного оборудования в учебную лабораторию в определенной мере теряется наглядность изучаемого явления. Данное обстоятельство отмечают многие авторы [81, 127, 147], показывая, что современная физика изучает разнообразные явления и процессы с помощью весьма сложной, даже "изощренной" техники. Перенесение такой техники в студенческий практикум в большинстве случаев не представляется возможным из-за сложности оборудования, его значительной стоимости, необходимости весьма высокой квалификации обслуживающего персонала, а также по соображениям техники безопасности.
Важный вклад в решение этой проблемы и в создание таким образом теоретических основ спецпрактикума по современной физике был внесен Гориным В.В. В развитие исследований, начатых Петровой Е.Б., им была предложена идея адаптации современного физического эксперимента к условиям специального практикума и для этого предложен ряд методов [29]:
- адаптация современного физического эксперимента (АСФЭ) путем изменения частотного диапазона;
- АСФЭ путем использования нестандартных условий и сред;
- АСФЭ путем использования упрощенных вариантов стандартных научно-исследовательских установок;
- АСФЭ путем совместного использования компьютерного и реального эксперимента;
- АСФЭ путем замены реального эксперимента компьютерным.
С помощью предложенных методов адаптации можно осуществить постановку новых лабораторных работ, однако, эти методы носят эмпирический характер и не позволяют разработать единую теоретическую базу совершенствования и развития спецпрактикумов.
Основной идеей, которая может составить теоретическую основу для создания работ специального практикума и разработки методики их проведения и выполнения, целесообразно считать идею моделирования физических явлений.
Дело в том, что моделирование в той или иной мере присутствует в каждой из уже существующих работ спецпрактикумов. Создание работ по современной физике без моделирования принципиально невозможно. На основе этой идеи можно развить и реализовать концепцию, предложенную Петровой Е.Б., и осуществлять постановку новых лабораторных работ в дополнение к созданным Петровой Е.Б. и Гориным В.В.
Таким образом, есть основания утверждать, что возникло противоречие между достаточно развитой практической реализацией различных вариантов специальных практикумов и отсутствием единого теоретического под
хода к созданию лабораторных работ для них, что затрудняет поиск путей совершенствования специального практикума в целом. Это противоречие определяет актуальность проводимого исследования.
В рамках конкретизации идеи моделирования возникло предположение, что единой основой создания лабораторных работ специальных практикумов может быть сочетание компьютерного моделирования и моделирования с использованием предметных моделей. Это и определило выбор темы исследования: "Физическое моделирование при изучении вопросов современной физики в специальном практикуме педагогического вуза".
Объектом проводимых исследований являлся процесс подготовки по физике учителя физики в педвузе.
Предметом исследования являлась основанная на моделировании явлений методика формирования знаний и умений студентов педвузов в области современной физики на занятиях спецпрактикума.
Основная идея исследования состоит в том, что для формирования знаний и умений по современной физике у студентов педвузов целесообразно осуществить реальную интеграцию научных исследований и обучения студентов, создавая на этой основе комплексы лабораторных работ специального практикума, в которых сочетаются компьютерное моделирование и моделирование с использованием предметных моделей, применяются идеи, программные продукты, лабораторные установки, схемы и устройства, используемые в настоящее время в наиболее передовых научных исследованиях.
Цель исследования состоит в том, чтобы с учетом требований, предъявляемых Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования [33, 79], разработать методику формирования знаний и умений студентов педвузов в области современной физики на занятиях спецпрактикума, отражающего новейшие научные достижения и использующего моделирование при постановке лабораторных работ, методика про
ведения которых опирается на современные психолого-педагогические представления.
В основу исследования положена следующая гипотеза. Если создать комплекс лабораторных работ по современной физике, применяя метод моделирования, то это позволит:
• сформировать у студентов интерес к проблемам современной физики и значительно уменьшить формальность подхода к лабораторным работам с их стороны;
• добиться повышения качества знаний по тем вопросам современной физики, которые отражены в комплексе лабораторных работ;
• сформировать экспериментальные умения студентов по работе на современном научном физическом оборудовании.
Основными задачами исследования были следующие:
• на основе изучения научно-методической литературы выяснить, в какой мере современная физика нашла отражение в учебном процессе педагогических вузов, в том числе в специальных практикумах;
• провести обзор некоторых важнейших проблем современной физики, выявить возможности их теоретического и экспериментального изучения в педагогическом вузе;
• разработать и поставить комплекс лабораторных работ для специального практикума педагогического вуза, использующих метод моделирования и посвященных вопросам современной физики;
• разработать методику организации и проведения созданных лабораторных работ;
• провести опытно-экспериментальную проверку разработанного комплекса на занятиях в специальном практикуме.
В работе использованы следующие методы исследования и виды деятельности:
- изучение и анализ научной, научно-популярной, педагогической, психологической и методической литературы по теме исследования,
в том числе учебной литературы по организации практикумов по физике различного уровня в высших учебных заведениях;
- получение и анализ информации по проблеме исследования посредством сети INTERNET;
- проектирование и конструирование экспериментальных установок для постановки новых лабораторных работ;
- создание учебно-методических материалов в соответствии с поставленными дидактическими целями;
- проведение учебных занятий по выполнению лабораторных работ, основанных на моделировании физических явлений;
- наблюдение за учебной деятельностью студентов при выполнении ими лабораторных работ;
- анкетирование и опрос преподавателей и студентов в различных вузах;
- организация и проведение опытно-экспериментальной работы в специальном практикуме и анализ результатов этой работы.
Научная новизна исследования состоит:
• в обосновании продуктивности применения идей, программных продуктов, лабораторных установок, схем и устройств, используемых в наиболее передовых научных исследованиях, в процессе обучения учителя физики;
• в обосновании того, что теоретической основой АСФЭ к условиям спецпрактикума педвуза могут служить различные виды моделирования, предполагающие применение компьютерных и предметных моделей;
• в реализации идеи об использовании моделирования как теоретической основы АСФЭ путем создания трех не имеющих аналогов лабораторных работ, выполненных методом моделирования, учитываю
щих специфику подготовки учителя физики средней школы и основанных на изучении физических явлений, открытых относительно недавно; • в разработке методики проведения лабораторных работ специального практикума педагогического вуза, включающей формулировку целей занятий, критерии отбора содержания работ, описание структуры занятий и требования к формам, методам и средствам проведения работ. Теоретическая значимость определяется дальнейшим развитием концепции специального практикума педвуза, посвященного современной физике, путем обоснования ведущей роли метода моделирования в создании работ специального практикума по современной физике и включения в число методов АСФЭ метода сочетания компьютерного моделирования и моделирования с использованием предметных моделей.
Практическая значимость исследования состоит в создании на основе сочетания компьютерного моделирования и моделирования с использованием предметных моделей трех лабораторных работ для специального практикума ("Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий", "Изучение солитонов и их свойств", "Исследование нелинейной двумерной среды") и разработке учебно-методических материалов для их выполнения.
На защиту выносятся:
1. Обоснование необходимости сочетания компьютерного моделирования и моделирования с использованием предметных моделей при постановке лабораторных работ, посвященных современной физике, в специальном практикуме и возможности применения в учебном процессе программных продуктов, предназначенных для научных исследований.
2. Комплекс лабораторных работ по различным направлениям современной физики, поставленных в специальном практикуме, включающий следующие работы:
I. "Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий".
II. "Изучение солитонов и их свойств".
III. "Исследование нелинейной двумерной среды".
3. Основные положения методики проведения лабораторных работ специального практикума педагогического вуза, о целях, содержании, формах и методах постановки и проведения таких работ.
Результаты исследования докладывались на:
1. Первой международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики. Школа и вуз», г. Москва, 1999 г.
2. Международной конференции Recent Research on DERIVE/TI-92-Supported Mathematics Education August 25-28, GOsing, Lower Austria, 1999г.
3. Второй международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики. Школа и вуз», г. Москва, 2000 г.
4. Шестой учебно-методической конференции «Современный физический практикум», г. Самара, 2000 г.
5. Съезде российских физиков-преподавателей "Физическое образование в XXI веке", г. Москва, 2000 г.
6. Пятой Всероссийской научно-методической конференции "Учебный физический эксперимент и его совершенствование", г. Пенза, 2000 г.
7. Университетских чтениях МПГУ, г. Москва, 2001 г.
8. Шестой международной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-01) г. Ярославль, 2001 г.
По теме исследования опубликовано 23 печатные работы:
1. Федорова Ю.В. Использование физического моделирования при изучении вопросов современной физики в специальном практикуме педагогического вуза.//Преподавание физики в высшей школе. №21. М., 2001. -С.88-91.0,ЗЗп.л.
2. Sergey V.Biryukov, Julia V.Fydorova. Tzunami in DERIVE and TI-92 (Studding Solitons) Recent Research on DERIVE/TI-92-Supported Mathematics Education. August 25-28, GOsing, Lower Austria 1999. CD-диск. 0,3 п.л.
3. Федорова Ю.В., Ильин B.A., Масленников Н.М., Бирюков СВ. Модельные исследования распространения волн в нелинейной среде с дисперсией (лабораторная работа).//Преподавание физики в высшей школе. №18. М., 2000.-С.44-51. 0,6 п.л.
4. Сивоклоков С.Ю., Смирнова Л.Н., Ильин В.А., Федорова Ю.В. Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий (лабораторная работа).//Преподавание физики в высшей школе. №16. М., 1999. - С.32-38. 0,5 п.л.
5. Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Устройство для демонстрации и исследования свойств солитоновУ/Учебный эксперимент в высшей школе. №1. Саранск, 2000. - С.26-29. 0,25 п.л.
6. Федорова Ю.В., Ильин В.А., Сивоклоков С.Ю., Смирнова Л.Н. Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий.//Сб. анн. докладов первой международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз». М., 1999 -С.29-30. 0,04 п.л.
7. Федорова Ю.В., Ильин В.А., Сивоклоков С.Ю., Смирнова Л.Н., Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энер-гий.//Сб. анн. докладов второй международной научно-методической
конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз». М.,2000. -С. 106. 0,04 п.л.
8. Федорова Ю.В., Ильин В.А., Масленников Н.М., Горин В.В. Моделирование эффекта Вавилова-Черенкова в СВЧ-диапазоне.//Сб. тез. докладов шестой учебно-методической конференции «Современный физический практикум». Самара, 2000 - С. 176-177. 0,06 п.л.
9. Федорова Ю.В., Ильин В.А., Сивоклоков С.Ю., Смирнова Л.Н. Лабораторная работа: компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий.//Сб. тез. докладов шестой учебно-методической конференции «Современный физический практикум». Самара, 2000 -С.188-189. 0,15 п.л.
10. Федорова Ю.В., Ильин В.А. Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий .//Учебный физический эксперимент и его совершенствование: Тез. докладов пятой Всероссийской научно-методической конференции. Пенза, 2000. - С.82-83. 0,05 п.л.
11. Ильин В.А., Масленников Н.М., Федорова Ю.В., Горин В.В. Моделирование эффекта Вавилова-Черенкова в СВЧ - диапазоне.//Сб. анн. докладов второй международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз». М., 2000. - С.65. 0,04 п.л.
12. Бирюков СВ., Ильин В.А., Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Модельные исследования свойств солитонов в специальном физическом практи-куме.//Сб. анн. докладов второй международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз». М., 2000. - С.60. 0,04 п.л.
13. Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Установка для моделирования нелинейных свойств двумерной среды.//Сб. анн. докладов второй междуна родной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз». М., 2000. - С.71. 0,04 п.л.
14. Ильин В.А., Бирюков СВ., Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Изучение нелинейных явлений в специальном физическом практикуме педагогического вуза.// Сб. тез. докладов шестой учебно-методической конференции «Современный физический практикум». Самара, 2000 - С.199-201. 0,12 п.л.
15. Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Моделирование нелинейной двумерной среды в специальном практикуме педагогического вуза.//Сб. тез. докладов шестой учебно-методической конференции «Современный физический практикум». Самара, 2000 - С.209-210. 0,08 п.л.
16. Ильин В.А., Горин В.В., Максименко Е.В., Малахова Е.А., Масленников Н.М., Михайлишина Г.Ф., Петрова Е.Б., Федорова Ю.В. Преподавание основ современной физики в педагогическом вузе.//Сб. тезисов Съезда российских физиков - преподавателей. М.: Изд. МГУ, 2000. - С. 148. 0,15 п.л.
17. Ильин В.А., Горин В.В., Масленников Н.М., Петрова Е.Б., Федорова Ю.В. Разработка и реализация концепции специального практикума по физике для педагогического вуза.//Сб. тезисов Съезда российских физиков - преподавателей. М.: Изд. МГУ, 2000. - С.337. 0,15 п.л.
18. Ильин В.А., Масленников Н.М., Федорова Ю.В., Горин В.В. Моделирование эффекта Вавилова-Черенкова в СВЧ-диапазоне.//Учебный физический эксперимент и его совершенствование: Тез. докладов пятой Всероссийской научно-методической конференции. Пенза, 2000. - С.31. 0,05 п.л.
19. Ильин В.А., Бирюков СВ., Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Изучение сильнонелинейных явлений в специальном физическом практикуме педагогического вуза.//Учебный физический эксперимент и его совершенст
вование: Тез. докладов пятой Всероссийской научно-методической конференции. Пенза, 2000. - С.ЗО. 0,05 п.л.
20. Масленников Н.М., Федорова Ю.В. Моделирование нелинейной двумерной среды.//Учебный физический эксперимент и его совершенствование: Тез. докладов пятой Всероссийской научно-методической конференции. Пенза, 2000. - С.32. 0,05 п.л.
21. Ильин В.А., Федорова Ю.В., Масленников Н.М. Моделирование нелинейных явлений в специальном практикуме педагогического ву-за.//Физика в системе современного образования (ФССО-01): Тезисы шестой международной конференции. Ярославль, 2001. - С.154-155. 0,15 п.л.
22. Ильин В.А., Федорова Ю.В. Компьютерное моделирование современных исследований в физике./УФизика в системе современного образования (ФССО-01): Тезисы шестой международной конференции. Ярославль, 2001.-С.61-62. 0,15 п.л.
23. Ильин В.А., Карпушин А.А, Федорова Ю.В. Программа создания компьютерного практикума по современной физике./УФизика в системе современного образования (ФССО-01): Тезисы шестой международной конференции. Ярославль, 2001. - С.58-60. 0,15 п.л.
Основные результаты исследования внедрены в практику работы кафедры общей и экспериментальной физики Московского педагогического государственного университета и кафедры общей ядерной физики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.
Структура диссертации: диссертация состоит из Введения, трех глав и Заключения, содержит 229 машинописных страниц, из них 193 страницы основного текста. В тексте диссертации 29 рисунков, 26 таблиц, 33 гистограммы. В списке литературы 183 наименования.
Во Введении обсуждаются цели и задачи исследования, обосновывается его актуальность, формулируются научная новизна, практическая и теоретическая значимость, положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации работы и имеющихся публикациях.
Первая глава посвящена обзору некоторых важных вопросов современной физики и проблеме знакомства с ними студентов педагогических вузов. Анализируется современное состояние специальных практикумов педагогических вузов на основе результатов констатирующего эксперимента, в ходе которого были опрошены преподаватели большого числа российских вузов. Приводятся примеры лабораторных работ, посвященных только проблемам современной физики: работы, предполагающие проведение реального эксперимента, модельные и компьютерные лабораторные работы. На основе проведенного обзора обосновываются актуальность, цель и гипотеза диссертационного исследования, определяются основные направления дальнейшей работы.
Во второй главе определяется место моделирования физического эксперимента в разработанной концепции спецпрактикума с учетом психолого-педагогических закономерностей обучения студентов. Моделирование предлагается качестве единой теоретической основы создания новых работ спецпрактикума. Обосновываются подходы к созданию модельных лабораторных работ: компьютерное моделирование, моделирование с использованием предметных моделей и сочетание этих видов моделирования. В соответствии с этим обосновываются три тематических направления создания модельных лабораторных работ:
1. Изучение особенностей взаимодействия частиц высоких энергий.
2. Изучение сильнонелинейных явлений на примере солитонов.
3. Нелинейная оптика.
Здесь же описан разработанный в ходе исследования комплекс лабораторных работ, посвященных некоторым вопросам современной физики. Каждое из предложенных выше направлений (и подходов) иллюстрируется
примером соответствующей работы: «Компьютерное моделирование процесса взаимодействия частиц высоких энергий», «Изучение солитонов и их свойств», «Исследование нелинейной двумерной среды».
Главу завершает описание методики проведения работ специального практикума. Освещаются цели обучения на занятиях специального практикума, рассматриваются критерии отбора тем для лабораторных работ. Обсуждаются цели, задачи, структура, содержание, организация и оценка результатов выполнения работ специального практикума.
В третьей главе - приводится описание педагогического эксперимента - экспериментальной проверки гипотезы исследования о целесообразности создания комплекса лабораторных работ по современной физике методом моделирования. Выявлены высокий процент усвоения элементов знаний, а также сформированности экспериментальных умений студентов, возрастание у студентов интереса к проблемам современной физики и значительное уменьшение у них степени формализма в подходе к лабораторным работам.
Качество созданных в ходе исследования лабораторных работ выявляется, также, методом экспертной оценки, оценивается по пятибальной шкале новизну, доступность, научную и методическую грамотность описаний работ, возможность формирования у студентов интереса к современной физике и экспериментальных умений студентов и приемлемость этой работы для конкретного вуза.
В Заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования.
