Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современный физический эксперимент и его отражение в практикумах различного уровня 17
1.1. Методические и технические проблемы знакомства студентов-педагогов с современной физикой. 17
1.2. Особенности современного этапа научного приборостроения и современные представления о развитии физики в конце 20 века 37
1.3. Анализ технического уровня современных вузовских практикумов 43
1.3.1. Практикумы по общей физике, педагогических и технических вузов 44
1.3.2. Специальные практикумы в университетах и технических вузах 46
1.3.3. Специальные практикумы в педагогических вузов 49
1.4. Экспериментальные и модельные лабораторные работы при
обучении физике в вузах (эксперимент прямой, модельный,
компьютерный) 53
Выводы по первой главе. 63
Глава 2. Психолого-педагогические основы адаптации сложного физического эксперимента (АСФЭ) к условиям специального практикума педагогического вуза. 65
2.1. Психолого-педагогические особенности экспериментального изучения современной физики в педагогическом вузе 66
2.2. Критерии специального практикума, включающего вопросы 75 современной физики
2.3. Основные требования к целям, задачам, структуре, содержанию, организации и методике проведения занятий в специ- 79 альном практикуме по физике педагогического вуза на базе адаптированных работ
2.4. Виды, возможности и особенности применения АСФЭ в практикумах различного уровня84
Выводы по второй главе 86
Глава 3. Создание адаптированных работ для специального физического практикума педагогического вуза. 87
3.1. Методы адаптации современного физического эксперимента 88
3.2. АСФЭ путем изменения частотного диапазона 104
3.2.1. Обоснование возможностей адаптации данным методом 105
3.2.2. АСФЭ на примере лабораторной работы "Фурье-спектроскопия" 106
3.2.3. Возможности дальнейшего развития данного метода 111
3.3. АСФЭ путем использования нестандартных условий материалов и сред. 112
3.3.1. Обоснование возможностей адаптации данным методом 113
3.3.2. АСФЭ на примере лабораторной работы "Высокотемпературная сверхпроводимость"115
3.3.3. Возможности дальнейшего развития данного метода 119
3.4. АСФЭ путем совместного использования компьютерного моделирования и реального эксперимента 121
3.4.1. Обоснование возможностей адаптации данным методом 121
3.4.2. АСФЭ на примере лабораторной работы «Хаотические колебания» 124
3.4.3. Возможности дальнейшего развития данного метода 126
3.5. АСФЭ путем использования упрощенных вариантов стандартных научно-исследовательских установок 126
3.5.1. Обоснование возможностей адаптации данным методом 127
3.5.2. АСФЭ на примере лабораторной работы "Геохронология" 127
3.5.3. "АСФЭ на примере лабораторной работы "Масс-спектрометрия" 130
3.5.4. Возможности дальнейшего развития данного метода 134
3.6. АСФЭ путем использования замены реального эксперимента -компьютерным 13 4
3.6.1 Обоснование возможностей адаптации данным методом 134
3.6.2. АСФЭ на примере лабораторной работы "Изучение сложных вопросов физики колебаний с помощью пакета DERIVE" 135
3.6.3. Возможности дальнейшего развития данного метода 137
Выводы по третьей главе 139
Глава 4. Исследование эффективности обучения в специальном практикуме по физике, содержащем адаптированные работы (педагогический эксперимент) 141
4.1 .Организация педагогического эксперимента 141
4.2. Результаты педагогического эксперимента. 142
4.2.1. Констатирующий этап педагогического эксперимента 142
4.2.2. Поисковый этап педагогического эксперимента 144
4.2.3. Обучающий этап педагогического эксперимента 147
- Методические и технические проблемы знакомства студентов-педагогов с современной физикой.
- Психолого-педагогические особенности экспериментального изучения современной физики в педагогическом вузе
- Методы адаптации современного физического эксперимента
Введение к работе
Физика - это наука, содержание которой черпается непосредственно из эксперимента. Поэтому одной из основных задач обучения физике как в школе, так и в вузе, является раскрытие перед учащимися школ и студентами вузов всей важности физического эксперимента как источника познания объективного мира. Курс общей физики, будучи фундаментом вузовского физического образования, основан, как правило, на реальном эксперименте [96] и служит формированию материалистического понимания физики как науки о природе, а не совокупности абстрактных идей. Построение учебного процесса на экспериментальной основе к тому же удачно соответствует одному из основных дидактических принципов - наглядности обучения, ибо невозможно познать физику, не наблюдая реальных физических явлений.
Содержание и организация высшего образования всегда были и продолжают быть предметом оживленных дискуссий. В последние годы интерес к ним еще больше возрос в связи с кризисными явлениями в обществе, а также явным ослаблением интереса молодежи к естественным наукам и получению высшего образования по естественным наукам, в том числе и педагогического [94]. Для того чтобы исправить сложившееся положение, потребовалось проведение комплекса мероприятий (реформ) в системе образования, включающего его гуманизацию и гуманитаризацию, переход к более демократичным формам управления, существенное усиление профессиональной подготовки обучаемых, разработку новых форм организации обучения и т.д.
Отметим некоторые конкретные направления реформирования подготовки учителей физики. Очевидно, что учитель физики должен быть разносторонним специалистом: от него требуется высокий уровень теоретических знаний, хорошая подготовка в области проведения современного физического эксперимента, владение искусством его постановки (в том числе с использованием компьютеров, аудио- и видеотехники), широта политехнического кругозора, а также подготовленность к профориентационной работе [19]. Реализация этих требований связана с характером деятельности учителя физики в современных условиях, который определяется его квалификационной характеристикой.
Отметим, что при современном уровне развития физической науки, когда поток открытий чрезвычайно велик, становится невозможным корректирование образовательного процесса во всем курсе физики с учетом последних достижений физической науки. На самом деле возможно лишь частичное знакомство обучаемых с направлениями современной науки. Известно, что наиболее удобным способом знакомства студентов с новейшими физическими открытиями являются специальные курсы и специальные практикумы, входящие обычно в заключительный этап обучения. Необходимо подчеркнуть исключительно важную роль в показе современных физических методов исследования специального практикума, при этом выбор его тематики, создание современных лабораторных работ и разработка новых методик демонстрации современных физических явлений приобретают дополнительное значение.
Перенесение в учебные физические лаборатории сложного современного физического эксперимента практически невозможно, при его реализации возникает ряд экономических, технических и, не в последнюю очередь, методических проблем. Необходимые приборы и установки сложны и очень дороги. Кроме того, при прямом переносе экспериментального научного оборудования в учебную лабораторию теряется, в определенной мере, наглядность изучаемого явления. Не только мы, но и многие авторы [48,97,141] отмечают данное обстоятельство, 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 очень высокой цены, необходимости весьма высокой квалификации обслуживающего персонала, а также по соображениям техники безопасности. К тому же усложнение учебного эксперимента, на наш взгляд, лишает его и необходимой наглядности.
Есть все основания утверждать, что возникло весьма серьезное противоречие между многочисленными современными физическими исследованиями, методами их изучения, и теми возможностями, которые существуют у преподавателей высшей школы для показа сущности явлений, изучаемых современной физикой, в учебном процессе с целью изучения проблем современной физики, а не физики предыдущего столетия. Это противоречие определяет актуальность проводимого исследования.
Для ликвидации данного противоречия, или хотя бы его существенного смягчения нами предлагается особый подход, который мы называем адаптацией. Термин адаптация - в словаре русского языка [147] приспособление, упрощение. Дополнительно требуется, чтобы адаптация подразумевала, с одной стороны, сохранение физической сущности и глубины исследуемого физического явления, с другой - необходимую нам замену дорогостоящего и сложного оборудования более простым, дешевым и доступным. Кроме того, адаптированные работы должны преподнести изучаемое явление в более наглядной форме и акцентировать внимание студентов на физической сущности явления.
Обсуждение и выявление методов такой адаптации, ее особенностей в зависимости от той или иной области физики, сути изучаемого эффекта, уровня знаний и умений студентов, а также обслуживающего персонала, постановка конкретных работ специального практикума по физике педагогического вуза на основе выявленных методов адаптации составляют основные задачи данной диссертации. В работе подход адаптации рассматривается широко и иллюстрируется конкретными примерами, поставленными работами, перспективными направлениями постановки адаптированных работ в специальный практикум и т.п.
Можно предложить несколько подходов к созданию адаптированных лабораторных работ. Наиболее доступным, на первый взгляд, является частичная или полная замена реального физического эксперимента компьютерным. Однако, в этом случае отсутствует один из главных компонентов обучения физике - приобретение экспериментальных умений. Поэтому, на наш взгляд, в специальном практикуме педагогического вуза компьютерное моделирование должно быть лишь дополнением к лабораторным работам, предполагающим обязательное выполнение студентами экспериментальных процедур. Моделирование может и должно в большинстве случаев дополнять результаты эксперимента данными, получение которых прямым путем невозможно или затруднено, поэтому одним из методов является совместное использование компьютерного и реального эксперимента. Метод замены реального эксперимента компьютерным экспериментом тоже можно применять, но лишь в крайних случаях.
Другими методами адаптации можно считать следующие: замену частотного диапазона, в котором происходит явление; использование упрощенных вариантов стандартных научно-исследовательских установок; замену условий, в которых проводится эксперимент, путем использования нестандартных объектов исследования и т.п. Естественно, может быть использована комбинация перечисленных выше методов. Этот перечень методов адаптации может и должен быть продолжен, т.е. мы не исключаем возможности при дальнейшей работе появления новых подходов и методов адаптации.
Следует обязательно отметить, что далеко не каждый современный физический эксперимент может быть перенесен в учебную лабораторию даже в адаптированном виде. Поэтому возникает необходимость определить особенности таких работ, в адаптации которых нет необходимости, а также выделить работы, при адаптации которых потеряется физическая сущность изучаемого явления, следовательно, необходимо определить критерии отбора работ, пригодных для адаптации.
Бесспорно, что при создании адаптированных работ их авторам необходимо учитывать различные тенденции развития современной физики, владеть методикой проведения сложного физического эксперимента, хорошо знать современную компьютерную технику и все возможности ее внедрения в учебный процесс, а также владеть готовыми программными продуктами, совместимыми с принципами адаптации.
Объектом проводимых исследований являлся комплекс современных физических экспериментов и явлений, которые слабо или совсем не представлены в читаемых курсах, общем практикуме по физике и в специальном практикуме, который рассматривается как завершающая стадия всей системы подготовки учителей физики.
Предметом исследования являлись адаптация экспериментальных установок, методы постановки сложного современного физического эксперимента в условиях специального практикума по физике педагогического вуза.
Целями данной работы являлись:
- разработка методов адаптации сложного современного физического эксперимента к условиям учебной лаборатории по физике педагогического вуза. При этом должны рассматриваться те эксперименты, которые слабо или совсем пока не представлены в общем практикуме по физике, так и современные физические эксперименты не представленные в специальном практикуме по физике педагогического вуза;
- выделение и постановка адаптированных работ; - разработка методических рекомендаций для проведения занятий в специальном практикуме по физике с использованием этих работ.
Основное направление исследования состоит в том, чтобы с учетом требований, предъявляемых квалификационной характеристикой к будущим учителям физики, разработать методику адаптации современного научного физического эксперимента к условиям специального практикума по физике педагогического вуза; создать на этой основе комплекс адаптированных работ, который отражал бы новейшие достижения научно-технического прогресса, а их проведение опиралось бы на современные психолого-педагогические теории.
В основу исследования положена следующая гипотеза: разработка комплекса лабораторных работ, являющихся специально адаптированными аналогами современных физических экспериментов, и их использование в процессе подготовки учителей физики приведет к повышению их профессиональной подготовки, т.е. расширению их физического кругозора, обеспечит выработку у студентов экспериментального мастерства.
При исследовании основными задачами 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 специальном практикуме;
• анализ физических явлений, открытых во второй половине XX века, выявление возможностей их теоретического и экспериментального изучения в курсах физики педагогического вуза;
• разработка критериев отбора современных физических экспериментов, явлений и закономерностей, пригодных для адаптации и перенесения в специальный практикум педагогического вуза;
• выявление и формулировка основных методов адаптации сложного научного эксперимента к условиям специального практикума, позволяющих сохранить физическую сущность изучаемых явлений при замене дорогостоящего и сложного оборудования простым и недорогим;
• разработка комплекса адаптированных лабораторных работ, посвященных вопросам современной физики, включающего создание новых работ специального практикума и модернизацию уже существующих путем применения предлагаемых методов адаптации;
• реализация разработанного комплекса, проведение занятий в специальном практикуме, содержащем адаптированные работы, педагогическая проверка его эффективности при обучении студентов вопросам современной физики.
В работе использованы следующие методы исследования:
- изучение и анализ научной, педагогической, психологической и методической литературы по теме исследования, в том числе учебной литературы по организации практикумов по физике различного уровня высших учебных заведениях;
- получение и анализ информации по проблеме исследования посредством сети INTERNET;
- проектирование и конструирование экспериментальных установок для постановки новых лабораторных работ;
- моделирование учебных занятий по выполнению адаптированных лабораторных работ;
- наблюдение за учебной деятельностью студентов при выполнении ими адаптированных лабораторных работ в специальном практикуме по физике, посвященных вопросам современной физики;
- анкетирование и опрос преподавателей различных вузов, которые проводят занятия в общем и специальном практикумах;
- педагогический эксперимент в специальном практикуме, содержащем адаптированные лабораторные работы, включающий в себя анкетирование студентов-выпускников и аспирантов первого года обучения. Научная новизна исследования состоит:
• в обосновании критериев отбора физических явлений, законов и основополагающих экспериментов, относящихся к физике конца XX века, которые отражали бы основные тенденции развития современной науки, и были бы пригодны для экспериментального изучения в специальном практикуме педагогического вуза;
• в разработке на базе обоснованных критериев конкретной тематики специального практикума по физике педвуза, представляющего собой комплекс адаптированных лабораторных работ, учитывающих специфику подготовки учителя физики средней школы и основанных на изучении физических явлений, открытых сравнительно недавно;
• в определении ряда конкретных методов адаптации современного научного эксперимента к условиям специального физического практикума педвуза и определении областей их эффективного применения.
Практическая значимость исследования состоит:
• в разработке комплекса адаптированных лабораторных работ, посвященных вопросам современной физики, на основе создания работ специального практикума по физике или их модернизации путем применения предлагаемых методов адаптации;
• в создании на основе разработанных методов адаптации двух не имеющих аналогов лабораторных работ для специального практикума («Изучение масс-спектрометрии», «Изучение сложных вопросов физики колебаний с помощью системы DERIVE») и разработке методических материалов для их выполнения;
• в модернизации, в соответствии с методами адаптации, двух созданных ранее лабораторных работ («Изучение высокотемпературной сверхпроводимости», «Изучение хаотических колебаний») и разработке методических материалов для их выполнения. На защиту выносятся;
1. Обоснование необходимости адаптации современного физического эксперимента для постановки лабораторных работ посвященных современной физике в специальном практикуме.
2. Критерии отбора физических явлений, законов и экспериментов, отражающих основные тенденции развития современной физики и пригодных для адаптации и перенесения в учебный процесс - (комплексный характер работ, дополняющая роль работ, современность тематики работ, методов исследования и аппаратуры, прогностическая роль работ, обобщенный характер формируемых умений сохранение сущности явлений при технической адаптации возможность сопряжения с персональным компьютером соответствие требованиям техники безопасности).
3. Методы адаптации современного научного эксперимента к условиям специального практикума по физике педагогического вуза - (изменение частотного диапазона, использование нестандартных условий и сред, использование упрощенных вариантов стандартных научно-исследовательских установок, совместное использование компьютерного и реального эксперимента, замена реального эксперимента компьютерным).
4. Комплекс лабораторных работ по различным направлениям современной физики, поставленных в специальном практикуме.
Апробация результатов исследования Результаты исследования докладывались на:
1. Второй Международной конференции «Университетское физическое образование» (УФО-98), г. Москва, 1998 г.
2. Четвертой Всероссийской научно-методической конференции «Учебный физический эксперимент и его совершенствование», г. Пенза, 1998 г.
3. Всероссийской конференции «Новые технологии в преподавании физики. Школа и вуз», г. Москва, 1999 г. Педагогический эксперимент по проведенному исследованию проводился в течение 4х лет (с 1996 г. по 1999 г.) он содержал 4 этапа: констатирующий (1996-1998гг.), поисковый (1997-1998гг.), обучающий (1997-1999гг.). Всего в эксперименте участвовало 92 человека из 7 вузов: Пензенского, Брянского, Коми (Сыктывкар), Барнаульского, Омского, Московского педагогических университетов и Поморского университета (Архангельск).
В процессе педагогического эксперимента применялись различные методы от наблюдений и беседами со студентами, экспериментального преподавания в спецпрактикуме, включающем адаптированные работы по современным вопросам физики, до получения информации по сети Internet.
На обучающем этапе студентам до и после экспериментального преподавания давалась анкета по 7 темам с выбором ответа от 1 до 5. Результаты эксперимента показали, что гипотеза исследования подтверждена (знания студентов по современным вопросам физики существенно повысились).
По теме исследования опубликовано 8 работ в журналах, сборниках и трудах конференций. Основные результаты исследования внедрены в практику работы:
• кафедры общей и экспериментальной физики Московского педагогического государственного университета;
• Пензенского государственного педагогического университета.
Структура диссертации: диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения, содержит 175 машинописных страниц, из них 153 страниц основного текста. В тексте диссертации 12 рисунков, 4. таблицы. В списке использованной литературы 257 наименований. Во Введении обсуждаются основные цели и задачи исследования, обосновывается его актуальность, научная новизна и практическая значимость.
Первая глава посвящена обсуждению современного состояния вопроса преподавания современной физики в различных вузах. В ней также проведен обзор практикумов по физике, в которых представлены лабораторные эксперименты, посвященные физике второй половины XX века. Рассмотрены трудности, с которыми сталкиваются преподаватели при постановке подобных работ и перспективам их постановки и дальнейшего использования в учебном процессе. На основе проведенного анализа сформулированы задачи исследования.
Во второй главе дано психолого-педагогическое обоснование проводимого исследования. Выполнен анализ экспериментальных методов в современных физических исследованиях, и выявлены законы, явления и основополагающие эксперименты, пригодные для адаптированного использования в практикуме. Обсуждена общая методика построения комплекса адаптированных лабораторных работ по физике в специальном практикуме педагогического вуза.
В третьей главе обсуждаются конкретные методы адаптации сложного научного эксперимента к условиям специального и общего практикумов по физике педагогического вуза. В основе каждого из них лежат принципы упрощения и удешевления учебных установок по сравнению с исходными научными стендами, не поступаясь при этом основным физическим содержанием изучаемого явления. Применение каждого метода иллюстрируется с помощью лабораторных работ, часть которых создана вновь, а другая представляет собой модернизированные варианты работ, поставленных ранее. В главе приведены подробные описания этих работ и методика их использования. Обсуждаются перспективы применения различных методов адаптации в конкретных физических ситуациях, в том числе с применением персональных компьютеров. В четвертой главе приводится описание педагогического эксперимента, подтверждающего эффективность предлагаемой методики адаптации сложных научных экспериментов к условиям специального практикума педагогического вуза. На этой основе обсуждается перспективность использования разработанного комплекса адаптированных лабораторных работ по физике в специальном практикуме, для формирования у студентов знаний о современной физике, общефизической эрудиции, а также навыков проведения физических исследований.
В Заключении сформулированы основные результаты работы.
Методические и технические проблемы знакомства студентов-педагогов с современной физикой
Значение физического практикума в усвоении программного материала по физике известно каждому учителю: оно ярко выражено в афоризме - "Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать". Еще лучше не просто увидеть, но хотя бы один раз "потрогать своими руками". Эти положения относятся как к школе, так и к вузу, особенно педагогическому. В процессе обучения студентов физический эксперимент играет значительную, а в ряде случаев - даже определяющую роль. Следует отметить, что приобретению практических навыков через физический эксперимент при подготовке учителей физики уделяется большое внимание. Так, например, на физическом факультете МПГУ на экспериментальную подготовку студентов только по физике (не считая практикумов кафедры теории и методики преподавания физики) выделено около 500 часов [213]. Обучение в общем и специальных практикумах ведут фактически все кафедры факультета.
Принципиально новой задачей, возникшей в последние годы, является использование специальных практикумов для обучения студентов современной физике, это отражено, в частности, в работах Петровой Е.Б. [87,88,149 и др.]. Выше уже говорилось о трудностях, которые при этом возникают. Ниже проблема будет рассмотрена более подробно. На наш взгляд, главной задачей при этом является адаптация (приспособление) методов, способов и техники современного физического эксперимента к условиям специального практикума, когда его проведение ставит не столько научную, сколько дидактическую цель, основные положения описаны в работах [53-58]. Сложность современного физического эксперимента весьма высока, что связано с применением ультрасовременных приборов и устройств, описанных, например, в [5,13,29 и др.], часто существующих в единственном экземпляре. Современный физический эксперимент требует для своего выполнения редких и дорогостоящих материалов, высокоточных технологий, исключительной квалификации персонала. Образно можно сказать, что экспериментальное физическое открытие "нобелевского уровня" может быть сделано только тогда, когда при его проведении в качестве лаборантов будут выступать сами будущие нобелевские лауреаты. Нечего и говорить, что подобные эксперименты, кроме всего прочего, необычайно дороги.
Создается впечатление, что подобное положение вообще закрывает дорогу современному физическому эксперименту в педагогический вуз. Отчасти это действительно так. На наш взгляд, экспериментальные достижения ряда областей физики не могут быть представлены в учебных практикумах вузов ни в каком виде, исключая, пожалуй, только компьютерный эксперимент. Современные компьютерные технологии позволяют реализовать многие ранее недоступные идеи, как, например, изложенные в работах разных авторов по применению компьютеров в учебном процессе [20,24,28,30 и др.]. В то же время, многочисленные современные эксперименты, а также техника, использующаяся при их проведении, допускают достаточно простую адаптацию к условиям если не общего, то специального практикума по физике, даже в условиях педагогического вуза, примеры такой адаптации приведены в работах Горина В.В. и др. [53-58,142].
В словаре иностранных слов [190] "Адаптация" - лат. adaptation adaptare- приспособлять
1) Приспособление строения и функций организмов к условиям существования.
2) физиологическая адаптация - совокупность реакций, обеспечивающих приспособление организма (или его органа) к изменению окружающих условий, например адаптация анализаторов - приспособление воспринимающего нервного образования к длительному раздражению (световая и темновая адаптация глаза), адаптация к высоте.
3) Сокращение и упрощение печатного текста, чаще всего иноязычного, для изучения языка или для малоподготовленных читателей.
Мы предлагаем вычленить из данного определения пояснения термина «адаптация», применимые к нашему исследованию, в результате чего получается:
4) Адаптация (например оборудования) - приспособление, сокращение, упрощение, удешевление для малоподготовленных пользователей.
Психолого-педагогические особенности экспериментального изучения современной физики в педагогическом вузе
Изучение современной физики в специальном практикуме, посвященном вопросам современной физики, направлено не только на получение знаний; оно является неотъемлемым компонентом формирования у студентов естественнонаучной картины мира и вносит определенный эмоциональный фон в учебный процесс, стимулируя интерес к обучению. При этом у студентов появляется возможность «окунуться» в мир современной науки, своими руками «потрогать» и «покрутить ручки» реальных экспериментальных установок, что, конечно же, положительно сказывается на процессе обучения.
Одна из тенденций современной педагогической теории и практики -стремление выйти за рамки традиционных форм обучения и найти новые подходы к центральному понятию педагогики - учебному процессу. В основе любой обучающей технологии, как правило, лежит определенная психолого-педагогическая теория, степень адекватности которой объективным закономерностям процесса усвоения знаний и предопределяет эффективность обучения [9,10]. Эффективность обучения в целом во многом определяется умением педагогов организовывать учебный процесс в соответствии с основными закономерностями учебно-познавательной деятельности обучаемых. С их учетом и разрабатываются разнообразные педагогические (дидактические) концепции обучения.
Под теорией или концепцией обучения понимается совокупность обобщенных положений или система взглядов на понимание сущности, содержания, методики и организации учебного процесса, а также особенностей деятельности обучающих и обучаемых в ходе его осуществления. В практике активно применяются ассоциативно-рефлекторная концепция обучения, теория поэтапного формирования умственных действий, теория проблемного обучения, концепция проблемно-деятельностного обучения, концепция программированного обучения и др. Мы остановимся на концепции проблемно-деятельностного обучения
В конце 80-х годов коллективом педагогов под руководством Бара-банщикова А. В. [146,151] была разработана концепция проблемно-деятельностного обучения. Достоинствами данной концепции являются:
во-первых, сохранение и гармоничное сочетание сильных сторон ассоциативно-рефлекторной теории, проблемного обучения и теории поэтапного формирования умственных действий, а также существенное сглаживание их недостатков; во-вторых, определение взаимосвязанных требований как к деятельности обучающего, так и к деятельности обучаемых.
Сущность проблемно-деятельностной концепции обучения заключается в том, что в процессе учебных занятий создаются специальные условия, в которых обучающийся, опираясь на приобретенные знания, самостоятельно обнаруживает и осмысливает учебную профессиональную проблему, мысленно и практически действует в целях поиска и обоснования наиболее оптимальных вариантов ее решения. В содержательном плане проблемно-деятельностная концепция включает два принципа, в соответствии с которыми организуется процесс обучения как совместная деятельность обучающих и обучаемых.
Первый — это принцип активно-деятельностного развития личности обучаемого в процессе обучения. Его основными требованиями являются:
четкая ориентация всей системы обучения и воспитания на формирование специалиста с творческим стилем мышления, широкой научной эрудицией, высокой профессиональной компетентностью;
воспроизведение в учебно-воспитательном процессе всех современных особенностей социальных отношений: динамизма, многогранности и противоречивости социального развития общества;
обеспечение тесной связи всей системы обучения и воспитания обучаемых с их профессиональной деятельностью;
основательное вооружение обучаемых продуктивным, исследовательским стилем деятельности, навыками научной организации труда, потребностью в постоянном самосовершенствовании.
Второй принцип — это принцип проблемности. Его основные требования:
изучение явлений в их реальном развитии, в широком взаимодействии с другими явлениями. Обучаемые должны быть научены видеть всю многогранность, противоречивость реальных процессов развития общества, природы и человека;
обучение на высоком уровне познавательных трудностей, связанных с эмоциональной и эстетической привлекательностью самостоятельного творческого труда. Средством моделирования учебного процесса такого качества выступают проблемные задачи, проблемные ситуации и их решение;
развитие диалогических форм учебных занятий. Каждое занятие должно превратиться в совместный поиск знаний обучающим и обучаемым;
смелое научное прогнозирование со стороны руководителя занятия и обучаемых, поиск новых путей решения традиционных и нетрадиционных проблем.
Методы адаптации современного физического эксперимента
Выше были изложены критерии отбора лабораторных работ для специального практикума, посвященного современной физике. Но как удовлетворить этим критериям мы дали общий подход - адаптация, показали ее особенности, но это еще не рабочий инструмент, надо раскрыть и обосновать методы, которыми может осуществляться АСФЭ.
На основе анализа литературы по современным физическим исследованиям сформулирован перечень тем, относящихся к различным разделам физики, которые могут быть использованы при разработке практикумов по современным проблемам физики, а также при постановке отдельных лабораторных работ этого направления.
Рассмотрим некоторые из тех направлений, в которых можно проводить адаптацию научного эксперимента к условиям учебной лаборатории. Они далеко не исчерпывают все имеющиеся в этом случае возможности и, естественно, несут на себе отпечаток индивидуальных вкусов автора. Их список, поэтому, следует рассматривать как один из возможных вариантов процесса адаптации современного физического эксперимента (АСФЭ).
1. АСФЭ путем изменения частотного диапазона.
2. АСФЭ путем использования нестандартных условий и сред.
3. АСФЭ путем использования упрощенных вариантов стандартных научно-исследовательских установок
4. АСФЭ путем совместного использования компьютерного и реального эксперимента.
5. АСФЭ путем замены реального эксперимента компьютерным.
Следует заметить, что в этот список вошли те методы, которые мы использовали в своей практике, это далеко не все подходы которыми можно провести адаптацию, он может быть дополнен новыми методами.
Рассмотрим краткую иллюстрацию возможностей АСФЭ на различных разделах курса физики, которые могут быть отражены в специальном практикуме по современной физике.
МЕХАНИКА
Принято считать, что основные достижения механики относятся к прошлому веку. Однако в последнее время был сделан ряд внушительных открытий в области нелинейной динамики [31,182,208,226], которые не вошли в программы основных курсов. Эти явления можно продемонстрировать, например, изучая хаотические колебания. В этом случае достаточно легко удовлетворить критериям адаптации, которые сформулированы выше. Подобная работа нашла непосредственное воплощение в специальном практикуме МПГУ (см. [72,73, 85]). Она включает в себя математическое моделирование - компьютерный эксперимент на основе механической модели и непосредственное наблюдение хаотических колебаний в электрической цепи. Результаты, получаемые в данной работе, могут быть распространены также на другие области физики (электричество, физика твердого тела и др.).
Лабораторная работа «Хаотические колебания» посвящена изучению одного из новейших вопросов современной динамики - выявлению общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения временных и пространственных структур в сложных системах различной природы. Работа может быть отнесена к механике лишь условно; изучаемые в ней закономерности проявляются также в химии (реакция Белоусо-ва-Жаботинского), космологии (спиральные галактики), экологии (организация сообществ) и в ряде других наук. В физике указанные процессы играют значительную роль в гидродинамике, термодинамике, физике колебаний и волн, физике лазеров и т.п. Большинство из упомянутых явлений сложно продемонстрировать непосредственно, однако комплексное сочетание реального и компьютерного эксперимента позволяет исследовать основные особенности этих явлений на достаточно простых моделях. Таким образом, лабораторная работа, подобная описанной в [72], может служить своеобразным введением в физику хаотических явлений.
То же самое можно сказать и о нелинейной динамике - одном из приоритетных направлений в современной физике. Они не могут быть обойдены при построении специального практикума, посвященного современной физике. В частности, для адаптации к условиям студенческого практикума достаточно хорошо подходит изучение солитонов [208] - уединенных волн различной природы - электрической, механической оптической и т.д. При изучении солитонов в реальных научных исследованиях с равной частотой используются экспериментальные методы и компьютерное моделирование. Естественно, что и адаптированная лабораторная работа тоже может строиться по аналогичному принципу. Именно так поступили авторы [137], сделавшие одну из первых попыток создать подобную работу в практикуме педагогического вуза.
