Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экспериментальные умения курсантов военных вузов как компонент их профессиональной компетентности 13
1.1. Экспериментальные умения курсантов военных вузов и компетентностный подход к обучению физике 13
1.2. Роль и место физики и информатики в профессиональной подготовке курсантов военного вуза 31
1.3. Информационно-коммуникационные образовательные технологии как средство подготовки по физике курсантов военных вузов 44
Выводы по первой главе 56
Глава 2. Методика формирования экспериментальных умений у курсантов военного вуза в условиях межпредметных связей физики и информатики 58
2.1. Компьютерное моделирование в курсе физики как вид учебно-познавательной и учебно-профессиональной деятельности курсантов военных вузов 58
2.2. Критерии сформированности экспериментальных умений курсантов военного вуза как компонента их информационной компетенции 73
2.3. Методика формирования экспериментальных умений с применением ИКТ у курсантов военных вузов посредством компьютерного моделирования 85
Выводы по второй главе 113
Глава 3. Экспериментальная проверка эффективности системы компьютерных лабораторных работ по курсу общей физики военного вуза 115
3.1. Цели, задачи и организация педагогического эксперимента 115
3.2. Описание хода педагогического эксперимента, получения экспериментальных данных 123
3.3. Обработка экспериментальных данных, выводы 134
Выводы по третьей главе 148
Заключение 149
Литература 151
Приложения 167
- Роль и место физики и информатики в профессиональной подготовке курсантов военного вуза
- Информационно-коммуникационные образовательные технологии как средство подготовки по физике курсантов военных вузов
- Критерии сформированности экспериментальных умений курсантов военного вуза как компонента их информационной компетенции
- Описание хода педагогического эксперимента, получения экспериментальных данных
Введение к работе
Актуальность исследования. Объективные процессы интеграции в образовании и последующее изменение образовательных стандартов повлекли пересмотр значимости знаний, умений и навыков для будущей профессиональной деятельности курсантов военных вузов. В частности, экспериментальные умения обучаемых в настоящее время должны рассматриваться как умения эмпирического поиска информации, как компонент их информационной компетенции.
Современный научно-технический прогресс характеризуется созданием новых персональных компьютеров (ПК) все более высокой мощности по объему и скорости обработки информации, простоте управления. Создаваемые в настоящее время ПК и их программное обеспечение являются мощным средством повышения эффективности учебного процесса, обусловливающим новые возможности их использования в вузах при обучении физике в процессе формирования научных понятий и умений применять их в решении практических задач, а также экспериментальных умений как компонента информационной компетенции.
Однако огромный потенциал информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) для эффективного решения насущных дидактических и методических задач используется далеко не в полной мере - в теории и практике методики обучения физике в военных вузах в настоящее время всё более отчётливо проявляются противоречия между:
возможностью получения информации для решения практических задач как эмпирически, так и посредством ИКТ и недостаточной сформиро-ванностью экспериментальных умений как компонента информационной компетенции у курсантов военных вузов;
необходимостью формирования экспериментальных умений как компонента информационной компетенции курсантов и отсутствием научно обоснованных методик применения ПК при изучении курса физики в военном вузе, отвечающих требованиям новых стандартов;
возможностями ИКТ-технологий для их использования в учебном процессе и отсутствием систематизации соответствующих методологических подходов к формированию экспериментальных умений или умений эмпирического поиска информации в военном вузе.
Следует также указать противоречия, касающиеся организации учебного процесса по физике:
между оснащением образовательных учреждений совершенствующимися по своим возможностям ПК, компьютерными классами - с одной стороны и сдерживанием их наиболее эффективного применения из-за недостаточной разработанности соответствующего методического сопровождения в учебном процессе - с другой;
между необходимостью проведения экспериментов в процессе обучения физике и недостаточной оснащенностью лабораторным оборудованием учебных физических лабораторий.
В направлении разрешения указанных противоречий в дидактике и методике обучения физике исследователями уже получены определенные результаты.
Академиком А.В. Усовой, СЕ. Каменецким, Н.С. Пурышевой, А.А. Бобровым, С.А. Суровикиной и другими учеными разработана методика формирования экспериментальных умений у учащихся школ, студентов педагогических вузов. В работах СЕ. Каменецкого представлено решение проблем применения компьютерного моделирования в обучении физике. Однако в данных исследованиях не разработана методика формирования экспериментальных умений в курсе физики у курсантов военных вузов, отвечающая требованиям новых стандартов профессионального образования. Создание такой методики связано с дальнейшей целенаправленной компьютеризацией физического образования.
При разработке методики формирования экспериментальных умений у курсантов военного вуза нами было изучено решение проблем информатизации образования, представленное в трудах Е.П. Велихова, A.M. Довгяло, А.П. Ершова, В.А. Извозчикова, М.П. Лапчика, Д.Ш. Матроса, А.Н. Матюш-кина, В.М. Монахова, В.Г. Разумовского, А. Д. Ревунова и других ученых.
Дидактические и психологические аспекты компьютеризации, в том числе связанные с формированием экспериментальных умений, отражены в работах Б.С. Гершунского, М.А. Готлиб, СВ. Грызлова, СЕ. Каменецкого, Б.Ф. Ломова, В.Я. Ляудис, Е.Д. Маргулиса, Е.И. Машбиц, Е.В. Оспеннико-вой, А.В. Петровского, В.В. Рубцова, Н.В. Талызиной, O.K. Тихомирова, А.В. Усовой и других ученых.
Возможности применения ЭВМ в процессе обучения изложены в работах В.П. Беспалько, В.Г. Болтянского, А.А. Кузнецова, В.В. Логвинова, А.В. Смирнова, Е.К.Хеннер и других авторов.
В ходе поиска теоретических предпосылок для разработки методики формирования экспериментальных умений курсантов были рассмотрены аспекты применения электронно-вычислительной техники (ЭВТ) в школьном курсе физики в работах Л.И. Анциферова, В.А. Извозчикова, В.В. Лаптева, A.M. Слуцкого, В.И. Тесленко, М.И. Старовикова, О.А. Яворука. В нашей работе мы также опирались на исследования возможности применения ЭВТ в курсе физики У.Б. Еслямовой, В.М. Оксмана, Г.Т. Горбунова, Б.М. Игошева, А.В. Карпенко, СВ. Степанова, М.Л. Фокиной, И.И. Хаимзонова, М.Б. Ша-бады и других.
Решение проблем использования ЭВТ для подготовки учителей физики в педагогических вузах рассмотрены в диссертационных исследованиях Г.Н. Ионова и Л.А. Мальцева, для подготовки будущих инженеров в курсе физики втуза - Н.И. Темиркуловой.
Также нами учитывалось, что в настоящее время большая практическая работа по применению компьютеров в учебном процессе ведется во всех высших учебных заведениях, результаты Internet-тестирования являются важными характеристиками при аккредитации вузов.
Вопросам применения ПК в учебном процессе по физике было посвящено большое количество публикаций, конференций, семинаров и совещаний. Однако, несмотря на многообразие исследований по проблеме интенсификации учебного процесса по физике на основе применения ПК, не определен в полной мере статус компьютерного эксперимента, не разработана методика целенаправленного применения ПК последнего поколения на лабораторных занятиях в курсе общей физики в вузе. Таким образом, пока остается нерешенной актуальная проблема формирования экспериментальных умений в вузе на основе компьютерного моделирования в курсе физики, дальнейшее решение которой возможно на основе работ А.В. Усовой, А.А. Боброва, Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина, А.А. Марголиса, Е.С. Объедкова, Е.В. Оспенниковой, Н.Е. Парфентьева, А.А. Покровского, В.Я. Синенко, С.А. Суровикиной, Т.Н. Шамало и других.
В соответствии с данной проблемой нами была сформулирована тема исследования: «Формирование экспериментальных умений при обучении физике на основе компьютерного моделирования у курсантов военного вуза».
Цель исследования: разработать, теоретически обосновать и проверить в педагогической практике методику формирования экспериментальных умений у курсантов военного вуза как компонента их информационной компетенции.
Объект исследования - процесс обучения физике курсантов военного вуза.
Предмет исследования - процесс формирования экспериментальных умений у курсантов военного вуза на лабораторных занятиях по физике с применением компьютерного моделирования.
В своем исследовании мы исходили из гипотезы: процесс формирования экспериментальных умений как компонента информационной компетенции курсантов военного вуза будет эффективным, если:
разработать лабораторные работы по физике в соответствии с требованиями новых стандартов на основе компьютерного моделирования;
методику экспериментальной работы курсантов построить на основе межпредметных связей физики с информатикой в виде диагностико-корректирующего, мотивационного, формирующего блоков, соответственно включающих:
а) методы и средства мониторинга уровня экспериментальных уме
ний курсантов, позволяющие корректировать индивидуальный выбор типа
лабораторной работы (диагностико-корректирующий блок);
б) межпредметные лабораторные работы по физике и информатике с
элементами профессиональной направленности и рефлексивно-оценочным
отбором содержания учебной экспериментальной деятельности курсантов
(мотивационный блок);
в) сочетание натурного эксперимента и компьютерных моделей физи
ческих явлений, аудиторной и самостоятельной работы по поиску учебной
информации лабораторными и ИКТ-средствами (формирующий блок).
Исходя из цели исследования и выдвинутой гипотезы сформулированы следующие задачи исследования:
Изучить состояние проблемы формирования экспериментальных умений курсантов в курсе физики военного вуза как компонента их информационной компетенции.
Определить методологические подходы к использованию ПК на лабораторных занятиях в курсе физики военных вузов, уточнить дидактический статус компьютерного эксперимента.
Разработать на основе деятельностного и компетентностного подходов, межпредметных связей физики с информатикой методику применения компьютерного моделирования физических процессов для формирования экспериментальных умений курсантов, рекомендации преподавателям по её применению в ходе лабораторных работ по физике.
Проверить эффективность разработанной методики посредством педагогического эксперимента.
Методологической основой исследования является теория познания и диалектический метод; психологическая концепция деятельностного и компетентностного подходов к обучению; теория поэтапного формирования умственных действий, психология индивидуальных различий, теория формирования обобщенных умений и навыков, компетентностный подход.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
теоретические: анализ психолого-педагогической, научно-методической литературы по проблеме исследования, изучение государственных образовательных стандартов, учебных программ;
эмпирические: педагогическое наблюдение, педагогический эксперимент, анкетирование, тестирование, качественный и количественный анализ результатов экспериментального обучения, пооперационный анализ работ курсантов, статистические методы проверки гипотез.
Задачи исследования и методология их решения предопределили его этапы.
На первом этапе (2006 - 2008 гг.) выявлена возможность формирования экспериментальных умений у курсантов как компонента их информационной компетенции, проанализирована философская, научно-педагогическая, психологическая и методическая литература, сформулирована проблема исследования, определена ее актуальность и пути её решения. Осуществлен научный анализ учебных программ курсов физики, методики проведения лабораторных работ по физике в военном вузе. Подготовлен и проведен констатирующий эксперимент, посредством которого был уточнен начальный уровень сформированности экспериментальных умений и мотивации по применению эмпирических методов и компьютерного моделирования в будущей профессиональной деятельности у курсантов военного вуза; сформулированы цель, гипотеза и задачи исследования, определена концепция решения поставленной проблемы.
На втором этапе (2008 - 2009 гг.) уточнено определение компьютерного имитационного моделирования, определены дидактический статус компьютерного эксперимента в курсе физики вуза, уровни и этапы формирования экспериментальных умений на основе компьютерного моделирования. Разработана экспериментальная методика применения компьютерного имитационного моделирования в учебном физическом эксперименте, определены критерии ее эффективности; проведен формирующий эксперимент, обработаны полученные данные.
На третьем этапе (2009 - 2011 гг.) проведен контрольный эксперимент, проанализированы экспериментальные данные, сформулированы выводы и заключение по проведенному исследованию; разработаны методические рекомендации; осуществлено внедрение методики формирования экспериментальных умений у будущих специалистов в курсе физики вуза на основе компьютерного моделирования; оформлена диссертация.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
Разработана методика формирования экспериментальных умений как компонента информационной компетенции курсантов военного вуза в процессе подготовки и выполнения лабораторных работ по физике на основе компьютерного моделирования физических процессов и межпредметных связей физики с информатикой, включающая диагностико-корректирующий, мотивационный и формирующий блоки.
Определены уровни сформированности экспериментальных умений как компонента информационной компетенции у курсантов военного вуза и критерии их оценивания.
Разработан «виртуальный» физический практикум, представляющий собой инвариантную электронную версию лабораторных работ по общему курсу физики военного вуза с применением компьютерного имитационного моделирования на основе межпредметных связей физики с информатикой, который может быть адаптирован к условиям других учебных заведений.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты расширяют теорию формирования экспериментальных умений при обучении физике в военном вузе, в частности:
Конкретизировано содержание понятия «экспериментальные умения курсантов военных вузов» как компонент их информационной компетенции, включающие умения планировать, проводить эксперименты посредством лабораторного оборудования и компьютерных моделей с целью получения эмпирической информации для решения практических задач и теоретических выводов.
Уточнен дидактический статус компьютерного имитационного моделирования в лабораторных работах по общей физике как средства реализации межпредметных связей физики с информатикой, формирования экспериментальных умений обучаемых как компонента информационной компетенции.
Разработаны виды лабораторных работ по физике {наглядно-иллюстративные, информационно-деятелъностные, учебно-профессиональные, эвристические), различающиеся характером самостоя-
тельной работы курсантов по применению компьютерных моделей и позволяющие поэтапно формировать у них экспериментальные умения. Практическая значимость исследования состоит:
В разработке вариативных обучающих компьютерных программ для ПК в форме лабораторных работ (физического практикума), адаптируемых под уровень индивидуальной подготовки курсантов по темам: изучение электростатических полей, измерение электрических сопротивлений при помощи моста Уитстона, определение электроемкости конденсатора, определение скорости звука в воздухе методом стоячей волны, определение магнитной индукции поля постоянного магнита, определение индуктивности первичной обмотки катушки зажигания, определение коэффициента поглощения веществом гамма-излучения.
В разработке электронных дидактических, учебно-методических и диагностирующих материалов, которые могут быть применены в различных учебных заведениях при условии соответствующей адаптации методического и программного обеспечения.
Во внедрении результатов исследования в учебный процесс, организуемый преподавателями физики Челябинского военного автомобильного инженерного командного училища, Челябинского высшего военного авиационного командного училища штурманов, Саратовского военного института внутренних войск, Уральского государственного университета физической культуры.
Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов данного исследования обеспечена их соответствием методологии познания, диалектическому методу, положениями психо лого-педагогических теорий поэтапного формирования умений, дидактическими и методическими аспектами компьютеризации обучения, репрезентативностью выборок обучающихся для экспериментальных и контрольных групп, применением непараметрических методов математической статистики для обработки экспериментальных данных, устойчивостью полученных результатов на формирующем и контрольном этапах эксперимента.
На защиту выносятся:
1. Положение о том, что экспериментальные умения следует считать од
ним из важных компонентов информационной компетенции курсантов воен
ного вуза, определяющих готовность обучаемых к поиску информации эмпи
рическими методами.
Методика формирования экспериментальных умений у курсантов в курсе физики военного вуза как компонента их информационной компетенции, разработанная на основе компьютерных моделей физических явлений, межпредметных связей физики с информатикой, включающая диагностико-корректирующий, мотивационный и формирующий блоки.
«Виртуальный» физический практикум (лаборатория), позволяющий осуществлять формирование экспериментальных умений у курсантов военного вуза, состоящий из наглядно-иллюстративных, информационно-
деятельностных, учебно-профессиональных и эвристических лабораторных работ по физике.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлены:
в ходе участия автора исследования в работе семинаров, конференций (XXXI Международная зимняя школа физиков-теоретиков, Екатеринбург-Челябинск, 2006; Всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы организации психологии», Екатеринбург, 2007; Межвузовская научно-методическая конференция «Педагогическая культура преподавателя вуза - сущность и содержание», Челябинск, 2008; XV Международная научно-практическая конференция «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов», Челябинск, 2008; XVII Международная научно-практическая конференция «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов», Челябинск, 2010);
посредством публикаций материалов исследования в научной печати (в том числе в трех журналах из реестра ВАК РФ - в городах Москва, Омск, Челябинск), тиражирования методических разработок, электронных материалов;
путем внедрения результатов исследования в учебный процесс военных вузов (Челябинское военное автомобильное инженерное командное училище, Челябинское высшее военное авиационное командное училище штурманов, Саратовский военный институт внутренних войск).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (154 источника), приложений; содержит 23 рисунка и 21 таблицу.
Роль и место физики и информатики в профессиональной подготовке курсантов военного вуза
Деятелъностный подход в обучении позволяет определить содержание и характер учебной деятельности обучаемого и педагогической деятельности преподавателя в их диалектическом единстве в соответствии с целями обучения. Результирующая составляющая современного образования проектируется на основе компетентностного подхода, будущей профессиональной деятельности обучаемого. В своей профессиональной деятельности современ- . ный военный специалист в соответствии со своей фундаментальной и специальной подготовкой должен быть готов выполнить следующие виды профессиональной деятельности.
Решение задач профессиональной деятельности, соответствующих ука- занным выше видам, предполагает проведение испытаний и определение работоспособности установленного, эксплуатируемого и ремонтируемого оборудования; использование информационных технологий при проектировании и разработке новых видов технических объектов; разработку конкретных алгоритмов и программ расчета параметров технологических процессов; организацию и эффективное осуществление контроля качества различных изделий и материалов; производственный контроль технологических процессов, качества продукции и услуг; внедрение эффективных инженерных решений в практику; организацию и осуществление технического контроля при экс- плуатации технических объектов; проведение стандартных и сертификационных испытаний материалов, изделий и услуг; осуществление метрологической проверки основных средств измерений и диагностики; участие в фундаментальных и прикладных исследованиях и т.д.
Особое внимание следует обратить на подготовку военного специалиста к участию в научно-исследовательской деятельности, т.к. современное производство характеризуется все возрастающей наукоемкостью. Этот вид деятельности включает в себя: анализ состояния и динамики показателей качества объектов профессиональной деятельности с использованием необходимых методов и средств; создание или использование моделей (в т.ч. компьютерных), позволяющих прогнозировать свойства технических объектов; разработку планов, программ и методик проведения экспериментов; информационный поиск и анализ информации по изучаемым объектам; техническое, организационное обеспечение и реализация исследований; анализ полученных результатов и разработку предложений по их внедрению; обоснование и применение новых информационных технологий и т.д.
Основные характеристики исследовательской деятельности военных инженерно-технических работников состоят в следующем: 1. Фундаментальные исследования в технических науках осуществляются с использованием физических экспериментальных методов. 2. Эксперимент используется для апробации выбранной стратегии и тактики крупномасштабного боя в рамках небольших полевых испытаний; наблюдение, скрытое от противника, позволяет уточнить данные о его вооружении, стратегических и тактических планах; эффективное эмпирическое исследование для военных — залог сокращения потерь среди рядовых служащих и мирного населения. 3. Решение задач, связанных с: а) технической подготовкой производства (разработка, проектирование, конструирование) военной техники с использованием новых научных данных, перенос их в производство; б) технологией производства; в) военными испытаниями и эксплуатацией техники, свидетельствует о возможности формирования умений их решать на начальном этапе профессиональной подготовки военного специалиста. 4. Для эксплуатации техники, организации военного дела необходимы экспериментальные умения, позволяющие практически проверять планируемые профессиональные действия и операции. Рассмотренные виды профессиональной деятельности военных объединяет то, что в них присутствуют в той или иной мере элементы экспериментальной деятельности, в которой в настоящее время предпочтительно использование современных информационных технологий. Этот обусловливает необходимость формирования элементов экспериментальной деятельности у курсантов военных вузов. В связи с резкой интенсификацией информационных процессов в мире и появлением новых возможностей получения информации посредством современных ИКТ у курсантов военных вузов необходимо формирование экспериментальных умений, органически взаимосвязанных с их умениями работать с компьютером. До стремительной интенсификации информационных процессов, вызванной развитием ИКТ, до метаморфозы так называемого «постиндустриального» общества в «информационное», специалисты в их профессиональной деятельности значительную часть необходимой информации находили в научной, специальной литературе и экспериментальной деятельности. Поэтому курсантам необходимо освоить экспериментальные умения в процессе обучения в вузе, где наиболее благоприятной средой для этого является курс физики. Таким образом, организация лабораторных работ по физике для курсантов военного вуза с учетом межпредметных связей с информатикой представляет собой одно из важных дидактических условий формирования их профессиональной компетентности. Обучение в вузе, направленное на качественную подготовку военного специалиста, должно осуществляться с использованием современных информационно-коммуникационных образовательных технологий на всех этапах его профессиональной подготовки с учетом того, что ИКТ являются не только эффективным средством, но и объектом изучения и входят в содержание военного образования [28]. В связи с этим рассмотрим и уточним понятие лабораторных работ по физике, проанализируем их виды. В работах СЕ. Каменецкого, А.В. Усовой сформулированы следующие определения [132, 35]. Лабораторная работа — одна из форм учебных занятий, практического обучения. Различают: 1) фронтальные лабораторные занятия, 2) физический практикум, 3) факультативный практикум по физике.
Информационно-коммуникационные образовательные технологии как средство подготовки по физике курсантов военных вузов
Само по себе содержание образования без соответствующего методического сопровождения не может «автоматически» формировать, знания, умения, навыки, компетенции, развивать мышление обучаемых. Оно создает благоприятные предпосылки, возможности для формирования и развития требуемых качеств мышления посредством специальной методики, в основе которой должны быть последовательность, этапность, системность.
В современной педагогической науке наряду с терминами «дидактика», «методика» широко применяется понятие «педагогическая технология». Существуют различные точки зрения на его трактовку. Так, например, в толковом словаре СИ. Ожегова под технологией понимается совокупность приемов, применяемых в каком-либо деле, мастерстве, искусстве [91].
По определению, принятому ЮНЕСКО, педагогическая технология есть ничто иное, как системный метод создания, применения и определения всего процесса преподавания и усвоения знаний с учетом технических и человече ских ресурсов и их взаимодействия, ставящий своей задачей оптимизацию форм образования. По определению Б.Т. Лихачева [73] педагогическая технология — это совокупность психолого-педагогических установок, определяющих специальный набор и компоновку форм, методов, способов, приемов обучения, воспитательных средств; она есть организационно-методический инструментарий педагогического процесса. По В.П. Беспалько [12] педагогическая технология — содержательная техника реализации учебного процесса. По И.П. Волкову педагогическая технология представляет собой описание процесса достижения планируемых результатов обучения [121]. В соответствии с определением В.М. Монахова, педагогическая технология - это продуманная во всех деталях модель совместной педагогической деятельности по проектированию, организации и проведению учебного процесса с безусловным обеспечением комфортных условий для обучаемых и учителей [84]. М.В. Кларин определяет педагогическую технологию в виде системной совокупности и порядка функционирования всех личностных, инструментальных и методологических средств, используемых для достижения педагогических целей [60]. Технология обучения, по М.А. Чошанову, представляет собой процессуальную часть педагогической системы [148]. В.М. Шепель называет технологией искусство, умение, совокупность методов обработки, изменение состояния [149]. Мы полагаем, что наиболее полное и многогранное определение сформулировано Г.К. Селевко [ПО]: педагогическая технология - содержательное обобщение, вбирающее в себя смысл всех определений различных авторов, которые можно представить в виде следующих аспектов: в научный: педагогическая технология являются частью педагогической науки, в которой изучаются и разрабатываются цели, содержание, методы обучения и проектируются педагогические процессы; « процессуально-описательный: педагогические технологии представляют собой алгоритм или описание совокупности целей, процессов, содержания, форм, методов и средств для достижения планируемых результатов обучения; процессуально-действенный , педагогические технологии — суть осуществление педагогического процесса, функционирование всех личностных, инструментальных и методологических средств педагогики. В рамках педагогических технологий разрабатываются научно обоснованные системы форм, методов и средств реализации определенных педагогических условий достижения поставленных целей обучения. Таким образом, педагогическая технология функционирует и в качестве науки, исследующей наиболее рациональные пути обучения, и в качестве системы способов, принципов и регулятивов, применяемых в обучении, и в качестве реального процесса обучения. Технология и методика обучения имеют общее содержание и специфику в их определениях. Как правило, любая технология обучения, по сути, является «надпредметной» и может быть реализована на содержании любой учебной дисциплины — как, например, информационно-коммуникационные технологии. Методика обучения, напротив, прежде всего связана с данным учебным предметом (физикой, математикой, информатикой и т.д.) и может создаваться как адаптация определенной технологии к его содержанию. Поэтому методика может содержать строгие предписания, четко регламентирующие деятельность обучаемых, преподавателей. Помимо этого, методика должна гарантировать с большой вероятностью достижение запланированных результатов обучения. В литературе и в практике работы вузов термин педагогическая технология часто применяется как синоним понятия педагогическая система. Сле- . дует отметить, что понятие системы шире, чем технология, и включает самих субъектов и объектов образовательной деятельности. Наряду с определением педагогической технологии в педагогике существуют определения понятия «информационная технология». Например, Б.Я. Советов, В.В. Цехановский [119] приводят определение «информационной технологии» как совокупности методов и способов получения, обработки, представления информации, направленных на изменение состояния и свойств (формы, содержания) и осуществляемых в интересах пользователя. Конкретная информационная технология, по мнению данных авторов, обладает комплексным составом компонентов, включая базовые технологические операция (процессы), специализированные технологии и средства их реализации.
Базовые технологические операции (процессы) включают в себя извлечение информации, её транспортирование (передачу), обработку, хранение, представление в удобной для пользователя форме и использование. В качест ве специализированных технологий можно назвать мультимедиа-технологии, геоинформационные технологии в виде электронных карт государственного земельного кадастра, технологии, применяемые в экономике, экологии и др., CASE-технологии (Computer Aided Software Engeniring - компьютерное автоматизированное проектирование программного обеспечения), телекоммуникационные технологии; технологии искусственного интеллекта.
К средствам реализации CASE-технологии (или к «технологической оснастке») относят методические средства (определяют требования по разработке, внедрению и эксплуатации ИТ, требования стандартизации; обеспечивают информационную, программную и техническую совместимость), информационные средства (обеспечивают эффективное представление предметной области, к их числу относятся информационные модели, системы классификации и кодирования информации и др.), математические (алгоритмические) средства — модели решения функциональных задач, организации информационных процессов, обеспечивающих эффективное принятие решения, технические программные средства, задающие уровень реализации ИТ. С.Г. Звонарев анализирует каждый структурный компонент ИТ относительно его применения в современных образовательных учреждениях. В своей работе он приводит следующие выводы [50]:
Критерии сформированности экспериментальных умений курсантов военного вуза как компонента их информационной компетенции
Учебно-профессиональная деятельность рассматривается как ведущая в юношеском возрасте (В.В. Давыдов (1986)). В интерпретации П.А. Сергома-нова, А.В. Лученкова учебно-профессиональная деятельность отражает процесс "вхождения в мир профессионалов" (Важна именно такая формулировка: "в мир профессионалов", а не "в мир профессий") в специфических, переходных формах учения, не тождественных формам профессиональной деятельности [111].
С появлением ИКТ появилась дополнительная возможность приблизить учебно-профессиональную деятельность курсантов к профессиональной. Однако, в отличие от традиционного процесса обучения, в процессе обучения с использованием ИКТ перед курсантами находятся уже не реальные, а виртуальные объекты (копии), которые обладают иными свойствами, нежели их реальные оригиналы. Это вызывает изменение правил взаимодействия с объектами, которые, с одной стороны, могут ограничивать, а с другой - расширять возможности работы с объектами. Приближенность учебно-профессиональной деятельности к профессиональной обеспечивается ИКТ, например, за счет того, что курсанты при решении учебно-профессиональных проблем получают широкие возможности для поиска необходимой информации в компьютерных сетях. Следует отметить, что в настоящее время в довузовском и вузовском образовании происходит чрезмерная актуализация ИКТ-технологий, при этом неоправданно уменьшается значение и роль эмпирических методов познания. Эмпирические методы познания, на наш взгляд, должны стоять во главе методологии информационного поиска. При условии владения этими методами обучаемый будет обладать развитой интуицией, способностью «видеть» проблему, «выдвигать» гипотезу для её решения. Таким образом, овладение эмпирическими (включая экспериментальные) методами поиска информации является одним из условий становления творческой личности.
Умения поиска информации, как составляющие информационной компетенции, могут быть первоначально сформированы в учебно-познавательном, затем - в учебно-профессиональном видах экспериментальной деятельности в курсе физики средней и профессиональной школы с применением ИКТ, имеющих сходное содержание, цели, обладающих преемственностью от одного вида к другому. На начальном этапе обучения содержание деятельности устанавливается соответственно предмету (предметному миру), а затем — его образу, как субъективному продукту деятельности, который несет в себе предметное содержание [99, с.350 — 365].
Умения самостоятельно ставить опыты, выполнять лабораторные работы основываются на знании структуры эксперимента. Структура учебного эксперимента определяется в соответствии со структурой научного эксперимента. Началу учебного эксперимента, как и научного эксперимента, предшествует формулировка цели опыта, затем высказывается научное предположение - гипотеза, с помощью которой предсказывается, что должно произойти при определенных действиях. Таким образом, в ходе учебного эксперимента, включая компьютерный, обучаемые учатся формулировать гипотезы — научные допущения или предположения, истинное значение которых не определено. В ходе выполнения лабораторных работ курсанты имеют возможность рассматривать гипотезу как метод развития научного знания, включающий в себя выдвижение и последующую экспериментальную проверку выдвинутых ими предположений, и как структурный элемент изучае-мой научной теории [137, с.115]. На основе гипотезы курсанты формулировали задачи эксперимента, определяли его содержание, ход. После определения содержания эксперимента курсанты изучали способы (методику) его осуществления. Например, экспериментальному изучению зависимости между давлением и объемом данной массы газа предшествовала гипотеза: давление газа должно увеличиваться при уменьшении объема (что вытекает из молекуляр-но-кинетической теории газа). Из высказанного предположения следовала учебная научная задача: проверить справедливость предположения, высказанного на основе теории. Задача опыта определила его содержание: измерить давление газа при изменении объема резервуара, в котором он находится. На постановку опыта были наложены ограничения: в нем должно быть исключено влияние температуры и массы газа. Этими ограничениями определялись условия проведения опыта.
Дальнейшее решение задачи заключалось в разработке методики проведения опыта, удовлетворяющей сформулированным раннее требованиям. Все это составило проектирование эксперимента или разработку модели опыта и было первым этапом его осуществления. Ни один научный эксперимент не ставится без реализации этого этапа. Поэтому он должен иметь место и в учебном эксперименте.
Задача второго этапа заключалась в определении и создании материально-технической базы для осуществления опыта (подбор приборов, материалов, помещений и т. д.). Ученый-исследователь сам определяет требования к оборудованию, подбирает его, проектирует, заказывает. Курсанты, как правило, ставили опыты с оборудованием, которым располагает кабинет и которое уже подготовлено для них лаборантом или преподавателем. То есть, они лишены возможности самостоятельно решать проблему выбора лабораторного оборудования. Однако в определенных лабораторных работах, в ходе подготовки учебного эксперимента по физике курсанты были способны решать вопросы о подборе приборов и материалов, необходимых для опыта.
Учебные эксперименты ставились непосредственно после наладки и настройки оборудования. Каждый эксперимент состоял из наблюдения (в этом случае наблюдение, являясь действием в эксперименте, уже не рассматривалось как вид учебно-познавательной деятельности), измерения, записи результатов наблюдения и измерений. На этом этапе важно было определить и учитывать наиболее рациональную последовательность выполнения отдельных действий.
На завершающем этапе эксперимента курсанты осуществляли математическую обработку результатов измерений и теоретический анализ полученных данных, делали выводы о правомерности первоначально выдвинутой гипотезы. Полученные выводы представляли собой новую информацию для курсантов о физическом явлении или о возможности его применения в технических устройствах.
Описание хода педагогического эксперимента, получения экспериментальных данных
Курсанты могут самостоятельно планировать ход компьютерного имитационного эксперимента: на основе понимания того, как работает установка, рассчитать фоновое излучение, излучение от радиоактивного источника и определить зависимость интенсивности радиоактивного излучения прошедшего через слой вещества от его толщины, а также, изменяя вид вещества-поглотителя, рассчитать его коэффициент поглощения. Таким образом, данный уровень характеризуется способностью применять готовую программу-эксперимент (включая вычисления) и ее частичное изменение.
Курсанты моделируют эксперимент для компьютера посредством подбора программных средств: самостоятельно выбирают из предложенных приборов необходимые для успешного проведения эксперимента по расчету коэффициента поглощения у-излучения веществом. Преподаватель контролирует действия курсантов и руководит их работой.
Приведенная выше лабораторная работа содержит всю основную информацию о том, как должен проходить эксперимент, на что должен обратить внимание курсант при подготовке и проведении практической работы. Данная схема описания прослеживается и во всех остальных разработанных виртуальных лабораторных работах.
Технологию непосредственного осуществления педагогического процесса можно представить как совокупность последовательно реализуемых технологий передачи информации, организации учебно-познавательной и других видов развивающей деятельности, стимулирования активности воспитанников, регулирования и корригирования хода педагогического процесса, его текущего контроля. Центральное место среди них занимает технология организации экспериментальной деятельности курсантов на основе компьютерного моделирования физических явлений, являющаяся, по существу, реализацией замысла и проекта нашего исследования. 1) В информационной компетенции и готовности к деятельности по поиску информации эмпирическими и ИКТ-методами определены содержательные, процессуальные и мотивационные структурные составляющие. Эти составляющие отражены в структуре методики формирования экспериментальных умений у курсантов в курсе физики военного вуза, представленной в трех ее блоках: диагностико-коррекционном, лютивационном, формирующем. 2) Основной организационной формой формирования экспериментальных умений у курсантов является лабораторный практикум по курсу физики военного вуза; методами — учебный эксперимент, наблюдение; средствами — лабораторные установки для проведения натурных экспериментов и их компьютерное моделирование. 3) Лабораторные работы, осуществляемые с применением ПК, предполагают информационный поиск и компьютерное имитационное моделирование как вид учебно-познавательной и учебно-профессиональной деятельности курсантов военного вуза. 4) Компьютерное имитационное моделирование осуществляется посредством специальных программ, применения информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), реализуемых на компьютере и позволяющих воспроизводить (имитировать) реальные физические процессы, явления, а также свойства реальных физических объектов (в том числе и военного назначения), существенные для решения профессиональной задачи. 5) Виртуальные лабораторные работы создаются преподавателем разработчиком в среде разработки Adobe Flash CS4 Professional. При этом используются графические элементы, которые можно создать в этой среде разработки вместе с алгоритмами, написанными на языке Action Script v3.0. Работы выполняются в виде презентации, каждый кадр которой несет инте рактивную информацию, то есть содержание слайда изменяется в зависимо сти от запроса курсанта, что позволяет индивидуализировать процесс обучения, повысить активность обучаемого и уровень понимания им учебной информации. 6) Каждая лабораторная работа, как правило, состоит из пяти частей: теоретическое введение, методика выполнения работы, порядок выполнения работы, контрольные вопросы и сам эксперимент. В теоретическом введении дается минимум сведений по теории, необходимых для понимания физической сути работы. В методике выполнения работы объясняется идея данной лабораторной работы. Порядок выполнения работы включает описание последовательности действий при практическом выполнении работы. Кон- трольные вопросы формулируются по теории и практическому выполнению лабораторной работы. В эксперименте курсантам предлагается выполнить лабораторную работу, смоделированную по аналогии с реальной. 7) Каждая лабораторная работа может быть выполнена в четырех вариантах в соответствии с уровнем сформированности экспериментальных умений у курсантов: наглядно-иллюстративном, информационно-деятельностном, учебно-профессиональном, эвристическом. Для диагностики уровня сформированности экспериментальных умений у курсантов используются тестовые задания. 8) Для повышения эффективности деятельности курсантов на лабораторных работах целесообразно использовать алгоритмические предписания по выполнению основных этапов эксперимента, т.е. перечень основных действий и операций, не зависящих от частных особенностей материала, выполняемых в определенной логической последовательности. В нашей работе на этой основе совместно с курсантами формулировались пункты алгоритмического предписания, четко и осознано обосновывалась необходимость выполнения каждой операции. 9) Разработанная методика формирования экспериментальных умений у курсантов в курсе физики военного вуза позволяет реализовать деятелъно-стный и компетентностный подходы к профессиональной подготовке будущих военных специалистов.
