Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы использования новых информационных технологий при изучении квантовой физики
1.1 Роль и место квантовой физики в подготовке учителей естественно-математических специальностей 16
1.2 Анализ практики использования новых информационных технологий при изучении физики 32
1.3 Обзор программно-педагогических средств по квантовой физике 51
1.3.1 Программно-педагогические средства, ориентированные на школу 53
1.3.2 Программно-педагогические средства, ориентированные на ВУЗ 59 Выводы по главе 64 Глава 2. Методическое обеспечение компьютерного эксперимента по квантовой физике
2.1 Требования, предъявляемые к программно-педагогическим средствам 65
2.2 Компьютерный демонстрационный эксперимент по квантовой физике и методика его проведения 72
2.3 Лабораторный практикум по квантовой физике и методика его проведения 92
Выводы по главе 2 105
Глава 3. Педагогический эксперимент
3.1. Организация педагогического эксперимента 106
3.2. Результаты педагогического эксперимента
3.2.1 Констатирующий этап 109
3.2.2 Поисковый этап 110
3.2.3 Обучающий этап 111
Выводы по главе 3 135
Заключение 136
Список литературы 138
Приложение 1 154
Приложение 2 184
Приложение 3 187
- Роль и место квантовой физики в подготовке учителей естественно-математических специальностей
- Требования, предъявляемые к программно-педагогическим средствам
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Согласно ГОС ВПО дисциплина «Физика» входит в федеральный компонент блока общих математических и естественнонаучных дисциплин для таких специальностей как учитель информатики, математики, химии, биологии и географии. В дальнейшем для них мы будем использовать термин естественно-математические педагогические специальности. Физика дает нам понимание того, что нас окружает, позволяет понять процессы и законы, происходящие в природе. Она также может помочь при изучении студентами специальных дисциплин, например, строение молекул и основы квантовой химии, физическая химия, физическая география и т.д., а также в профессиональной деятельности. Квантовая механика является основой современной физики. Большинство открытий в современной физике были предсказаны и описываются на основе квантовой механики. С точки зрения преподавания квантовая физика важна тем, что в ней формируются основные квантовые представления, закономерности и создается база для изложения учебного материала последующих разделов -статистической физики (поведение квантового идеального газа), физики твердого тела (квантовая природа электрических, магнитных и оптических свойств твердых тел). Для лучшего усвоения материала необходимо на протяжении всего курса физики, начиная с механики, говорить о границах применимости классического описания явлений, о существовании, наряду с непрерывным спектром энергии, дискретных спектров, о соотношениях неопределенностей. Все это, несомненно, облегчит изложение и восприятие основных понятий квантовой теории.
Опыт преподавания дисциплины «Физика» в педвузах студентам естественно-математических специальностей показывает, что изучение и восприятие основ квантовой физики сопряжено с рядом трудностей:
1) квантовая теория оперирует с множеством абстрактных понятий и математических моделей, которые затрудняют восприятие материала;
так как квантовая теория является частью теоретической физики, то возникает трудность, связанная с использованием сложного математического аппарата;
одним из главных недостатков данного курса, затрудняющих его восприятие, является отсутствие наглядности при его изучении.
Все это приводит к тому, что после прослушивания курса у студентов формируются недостаточно прочные и глубокие знания основ квантовой теории.
Возможно, на наш взгляд, несколько путей решения этих проблем.
Совершенствование методики изучения теоретической базы данного курса - отбор материала, структура и содержание лекционного курса.
Совершенствование методики проведения семинарских и практических занятий по решению задач.
Совершенствование экспериментальной поддержки курса, в том числе с использованием новых информационных технологий (НИТ).
Мы избрали для нашего исследования третий путь. Это позволит решить главную проблему данного курса - улучшит наглядность излагаемого материала. Введение новых компьютерных экспериментов (демонстрационных и лабораторных) повлечет за собой изменение структуры и содержания лекционного курса и семинарских занятий. В квантовой физике постановка реальных физических экспериментов в учебном процессе затруднена. Однако развитие новых информационных технологий и их средств открывают новые возможности решения этой проблемы.
Сегодня компьютер стал неотъемлемой частью современной жизни; он вошел во все сферы деятельности человека, в том числе и в образовании. Здесь он получил широкое распространение, являясь не только инструментом, но и средством получения новых знаний и навыков. Внедрение компьютера в учебный процесс расширяет возможности получения знаний об объектах изучения,
а также дает возможность проведения самостоятельной, исследовательской работы на качественно новом уровне.
Компьютерное моделирование нашло широкое применение в физике, как при научных исследованиях, так и в процессе ее преподавания. Наибольшую ценность здесь представляют имитационные эксперименты, моделирующие физические явления, ненаблюдаемые в реальных условиях по разным причинам:
из-за мелкомасштабности или крупномасштабности происходящих процессов,
масштаб времени протекающего физического процесса не соответствует времени наблюдения,
невозможности наблюдения явления по причинам, связанным с техникой безопасности, технической сложностью постановки эксперимента и т.п.,
невозможностью управления условиями проведения эксперимента.
Эффективность использования НИТ определяется наличием качествен
ных программно-педагогических средств (ППС). В последнее время разрабаты
вается большое их количество. Наибольший интерес вызывают программы, ко
торые содержат интерактивные компьютерные модели. Используя такие
программы и помощь преподавателя, учащиеся взаимодействуют с учебной
моделью и получают знания об объекте изучения. Отличительной особенно
стью этого способа изучения является наличие обязательного этапа сопостав
ления знаний, полученных с помощью модели и явлений, происходящих в «на
туральных условиях».
Количество натурных учебных экспериментов по квантовой физике невелико, а многие из них малоинформативны. Компьютерное моделирование является существенным дополнением к ним. Оно позволяет улучшить наглядность и детализацию явления.
Анализируя учебно-методическую литературу можно выделить следующие тенденции:
стало уделяться большое внимание вопросу внедрения НИТ в учебный процесс (В.А. Извозчиков, В.В. Лаптев, А.С. Кондратьев, А.В. Смирнов, СВ. Панюкова, И.В. Роберт и др.).
для курса физики средней школы разрабатываются ППС и методики их использования (Е.А. Манина, Н.Б. Розова, А.В. Кудрявцев, И.М. Нуркае-ва, О.Б. Медведев, О.Е. Макарова, Н.Н. Гомулина и др.).
разрабатываются методики использования НИТ в некоторых курсах физики высшей школы, ориентированные на студентов технических вузов (А.А. Лактионов, Л.С. Коновалец, Л.В. Миронова, Г.А. Шмелева, СМ. Куценко, Е.Н. Черкасская, Ю.В. Федорова и др.).
К сожалению, эти тенденции практически не затрагивают вопросы изучения квантовой физики:
недостаточно учебных компьютерных программ, ориентированных на вопросы квантовой физики;
практически отсутствуют методики использования НИТ при изучении квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педагогических вузов.
Таким образом, налицо противоречие между значением знаний по квантовой физике для решения задачи обеспечения фундаментальности физического образования студентов естественно-математических специальностей и недостаточной теоретической и практической разработкой экспериментальной поддержки изучения квантовой физики, в том числе с использованием НИТ, при обучении студентов естественно-математических специальностей.
Это противоречие определило актуальность проведенного исследования.
Объектом исследования является процесс изучения квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педагогических вузов.
Предметом исследования является методика использования НИТ в процессе изучения квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педагогических вузов.
8 Цель исследования заключается в теоретическом обосновании и разработке методики использования новых информационных технологий в процессе изучения квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педагогических вузов.
Гипотеза исследования заключается в том, что внедрение в учебный процесс компьютерного демонстрационного эксперимента, компьютерных модельных лабораторных работ будет способствовать повышению качества подготовки студентов по квантовой физике и развитию мотивации в ее изучении. Цель и гипотеза обусловили следующие задачи исследования:
изучить состояние проблемы преподавания квантовой физики студентам естественно-математических специальностей педагогических вузов;
провести анализ научно-методической литературы, посвященной вопросам использования новых информационных технологий в процессе преподавания физики студентам естественно-математических специальностей педагогических вузов;
теоретически обосновать целесообразность и возможность включения. в учебный процесс компьютерного демонстрационного эксперимента и компьютерных лабораторных работ по квантовой физике;
провести анализ ППС по квантовой физике и сформулировать требования к ним;
создать компьютерные демонстрационные эксперименты и лабораторный практикум по квантовой физике с использованием НИТ;
разработать методику проведения компьютерных модельных демонстраций, а также организации и проведения лабораторного практикума с использованием НИТ в процессе преподавания квантовой физики студентам естественно-математических специальностей педагогических вузов,
экспериментально проверить гипотезу о влиянии разработанной методики на повышение качества подготовки и учебную мотивацию студентов.
9 Решение поставленных задач потребовало привлечения следующих методов исследования и видов деятельности:
анализ литературы по исследуемой проблеме;
научно-методический анализ содержания учебных программ и учебных пособий по квантовой физике;
изучение и анализ передового педагогического опыта;
моделирование учебных ситуаций и проектирование учебного процесса;
моделирование методики использования компьютерных моделей в лабораторном практикуме и демонстрационном эксперименте;
педагогически й эксперимент во всех его формах с целью проверки гипотезы исследования и статистическая обработка данных педагогического эксперимента.
Научная новизна исследования состоит в том, что
обоснована особая роль, которую играют компьютерные модели при изучении квантовой физики, связанная с абстрактным характером учебного материала, отсутствием наглядности, трудностями в проведении реального эксперимента, противоречивыми свойствами квантовых объектов.
отобрано содержание учебного материала по квантовой физике, для изучения которого целесообразно использование компьютерного модельного эксперимента;
на основе существующих ППС создан комплект компьютерных модельных демонстраций по квантовой физике, имитирующих натурный эксперимент на макроуровне, микроуровне и иллюстрирующих результаты расчетов;
определены возможности сочетания компьютерного модельного эксперимента и натурного эксперимента по квантовой физике, а именно показано, что это сочетание наиболее целесообразно при изучении таких тем, как квантовая оптика, спектральные закономерности, атом по Бору, эффект Зеемана; в учебном процессе педвуза при изучении волновых
10 свойств микрочастиц, строения многоэлектронных атомов целесообразно использование только компьютерного модельного эксперимента; на основе существующих ППС разработаны компьютерные модельные лабораторные работы, которые могут проводиться для расширения и проверки результатов натурного эксперимента, для замещения реального эксперимента, для реализации математического моделирования как научного метода исследования.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что в нем получили дальнейшее развитие теоретические основы методики использования НИТ при обучении физике (в частности, квантовой физики) применительно к учебному процессу по физике в высшей школе. Обоснована необходимость и определено место использования компьютерного модельного эксперимента в учебном процессе при изучении квантовой физики, а также пути его сочетания с натурным экспериментом.
Практическая значимость исследования заключается в разработке:
комплекта компьютерного демонстрационного эксперимента по квантовой физике («Законы фотоэффекта», «Эффект Комптона», «Волновые свойства частиц», «Постулаты Бора», «Квантование электронных орбит», «Радиальные и угловые функции атома водорода», «Форма электронного облака», «Застройка электронных оболочек», «Расщепление линий натрия в поперечном магнитном поле»);
компьютерных модельных лабораторных работ («Изучение дифракции электронов», «Исследование волновых функций атома водорода», «Эффект Зеемана и его закономерности»);
учебно-методических рекомендации по применению компьютерных демонстраций и лабораторных работ по квантовой физике в учебном процессе на естественно-математических факультетах педагогических вузов.
На защиту выносятся:
Обоснование особой роли использования компьютерных моделей при изучении квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педагогических вузов, которая определяется спецификой учебного материала (абстрактностью, противоречивым характером, невозможностью создания адекватных наглядных образов квантовых объектов и явлений) и трудностями в проведении реального эксперимента (кратковременностью протекания физических явлений на микроуровне, невозможностью управления условиями проведения эксперимента, технической сложностью постановки эксперимента, требованиями техники безопасности).
Комплект компьютерных модельных демонстраций («Законы фотоэффекта», «Эффект Комптона», «Волновые свойства частиц», «Постулаты Бора», «Квантование электронных орбит», «Радиальные и угловые функции атома водорода», «Форма электронного облака», «Застройка электронных оболочек», «Расщепление линий натрия в поперечном магнитном поле»), разработанный на базе отобранных ППС.
Разработанные компьютерные модельные лабораторные работы по квантовой физике («Изучение дифракции электронов», «Исследование волновых функций атома водорода», «Эффект Зеемана и его закономерности») и методика их использования в лабораторном практикуме на естественно-математических факультетах педагогических вузов, включающая способы взаимодействия преподавателя и студентов, описания лабораторных работ, откорректированные программно-педагогические средства.
Основные положения методики применения компьютерных модельных экспериментов при изучении квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педвузов.
Результаты исследования докладывались на: Научно-методической конференции МПГУ, Москва, 2003 г.
Седьмой международной конференции «Физика в системе современного образования», Санкт-Петербург, 2003 г.
Научно-методической сессии МПГУ, Москва, 2004 г.
Научно-методических семинарах кафедры физики для естественных факультетов и кафедры теории и методики обучения физике МПГУ.
По теме исследования опубликовано 6 печатных работ в журналах, сборниках и трудах конференций:
Демин Е.В., Королева Л.В. Лабораторный практикум по квантовой физике для естественных специальностей педвузов с использованием компьютерного моделирования // Наука и Школа. - 2004. - № 1. - С. 51-52. 0,2 п.л. (50% авторских).
Демин Е.В., Королев М.Ю. Методика использования математической среды Mathcad в лабораторном практикуме по квантовой физике // Юбилейный сборник МПГУ. В сб.: Актуальные проблемы математики, физики, информатики и методики их преподавания. - М.: Прометей, 2003. - С. 237-239. 0,19 п.л. (50% авторских).
Демин Е.В., Королева Л.В. Использование информационных технологий в лабораторном практикуме по квантовой физике // Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. Сб. статей. - М.: Прометей, 2003. -С. 235-238. 0,25 п.л. (50% авторских).
Демин Е.В., Королева Л.В. О лабораторном практикуме по разделу «Квантовая физика» для естественных специальностей педагогических вузов // Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. Сб. статей. — М.: Прометей, 2004. - С. 158-161. 0,25 п.л. (50% авторских).
Демин Е.В., Королева Л.В. Моделирование эффекта Зеемана в физическом практикуме для естественно-математических специальностей // Актуальные проблемы математики, информатики, физики и математического образования (юбилейный сборник 70 лет кафедре математического
13 анализа Московского педагогического государственного университета). — М., МПГУ, 2004. - С. 601-609. 0,56 п.л. (50% авторских). 6. Демин Е.В., Королева Л.В. Лабораторный практикум по квантовой физике — цели, задачи, содержание// Тезисы седьмой международной конференции «Физика в системе современного образования»: Т.2. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - С. 173-174. 0,12 п.л. (50% авторских). Педагогический эксперимент по проведенному исследованию выполнялся с 2001 по 2004 гг. Он содержал три этапа: констатирующий (2001-2002 гг.), поисковый (2002-2003 гг.) и обучающий (2003-2004 гг.). Всего в эксперименте участвовало 12 преподавателей и более 800 студентовМосковского педагогического государственного университета.
Педагогический эксперимент проводился с использованием метода интервьюирования преподавателей, а также, анкетирования и тестирования студентов. Результаты исследования были подвергнуты статистической обработке. Основные результаты исследования внедрены в практику работы кафедры физики для естественных факультетов Московского педагогического государственного университета.
Структура и содержание диссертации: диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 191 страницу, из них 137 страниц основного текста. В тексте диссертации 23 рисунка, 10 таблиц, 3 приложения. В списке литературы 183 наименования.
Во введении обоснована актуальность темы исследования; определена проблема исследования, объект и предмет, цель и задачи; сформулирована гипотеза исследования; раскрыта научная новизна работы и ее теоретическая и практическая значимость; приведены положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассматривается роль квантовых представлений в решении задач фундаментального естественнонаучного образования; представлен обзор научно-методической литературы по теме исследования, целью которого является определение места новых информационных технологий при изучении
14 квантовой физики студентами естественно-математических специальностей педагогических вузов.
В первом параграфе рассматривается место квантовых представлений в системе фундаментальной подготовки по физике студентов естественно-математических специальностей. Во втором параграфе на основе обзора научно-методической литературы рассмотрены возможности использования НИТ в учебном процессе школы и вуза. Третий параграф посвящен анализу педагогических программных средств, используемых в обучении квантовой физике.
Вторая глава посвящена обсуждению возможностей использования компьютерных моделирующих программ при изучении курса квантовой физики.
В первом параграфе на основе анализа научной литературы мы отобрали требования, которым должна удовлетворять компьютерная моделирующая программа. Во втором параграфе рассмотрена методика проведения компьютерных демонстрационных экспериментов. В третьем параграфе рассмотрена методика проведения компьютерных модельных лабораторных работ.
Третья глава посвящена обсуждению результатов педагогического эксперимента, в котором использовались методы: экспертная оценка преподавателей, анкетирование и тестирование студентов. Педагогический эксперимент проводился на кафедре физики для естественных факультетов Московского педагогического государственного университета, в нем участвовали студенты математического, химического, биолого-химического и географического факультетов.
В первом параграфе приведены краткие комментарии к организации основных этапов педагогического эксперимента. Во втором параграфе приводится подробное описание экспериментальной проверки гипотезы исследования о целесообразности использования компьютерных моделирующих программ в курсе квантовой физики педагогических вузов естественно-математических специальностей.
15 В ходе проведения обучающего этапа педагогического эксперимента выявлены: рост самооценки студентами своих знаний по квантовой физике; необходимость, с точки зрения студентов, использования компьютерных моделирующих программ для демонстрационного и лабораторного эксперимента. Анкетирование показало, что студенты стали лучше ориентироваться в вопросах квантовой физики, а тестирование показало более высокий процент усвоения знаний. Достоверность полученных результатов подтверждена соответствующими статистико-математическими методами обработки экспериментальных данных.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования.
В приложениях приведены подробные описания созданных компьютерных лабораторных работ, содержание анкет и тестовых заданий.
Роль и место квантовой физики в подготовке учителей естественно-математических специальностей
Несколько лет назад в России проходил международный симпозиум ЮНЕСКО «Фундаментальное университетское образование». В его меморандуме была выделена особая роль фундаментального целостного естественнонаучного образования в качестве «самостоятельной и важнейшей области интеллектуальной деятельности». В решении задач фундаментального естественнонаучного образования большая роль отводится физике, как наиболее общей и развитой из естественных наук. Физика как фундаментальная интегрирующая дисциплина представляет собой часть общечеловеческой культуры. Фундамент физических знаний сегодня — единственная объективная основа, позволяющая ориентироваться в материальном мире, обеспечивающая эффективное освоение новой информации, объяснение новых знаний, понимание сути и смысла используемых моделей.
Согласно Государственному Образовательному Стандарту Высшего Профессионального Образования (ГОС ВПО) [30] дисциплина «Физика» изучается не только будущими специалистами в области физики и будущими учителями физики, но и входит в федеральный компонент блока общих математических и естественнонаучных дисциплин, в том числе для таких специальностей, как учитель информатики, математики, химии, биологии и географии. В дальнейшем мы будем использовать термин естественно-математические педагогические специальности. Преподавание физики студентам естественно-математических специальностей имеет ряд специфических черт:
нет деления на курс общей и теоретической физики, что в значительной мере усложняет его изложение и восприятие;
курс физики является базой для изучения специальных дисциплин, например, основы микроэлектроники, строение молекул и основ квантовой химии, физической химии, физической географии и т.д.;
на курс физики отводится от 200 до 360 часов, из них аудиторными является только половина.
В связи с этим методика преподавания физики студентам нефизических специальностей должна отличаться от той, на которой основано преподавание физики студентам-физикам. «Физика для студентов может быть либо «профилирующим, либо вспомогательным учебным предметом. Соответственно определяется и научное содержание физической программы: в первом случае стремятся к возможно более широкому охвату материала.... Во втором случае в целом научный уровень физической программы несколько снижается; особое внимание уделяется темам, представляющим наибольший интерес с точки зрения будущей специализации студентов» [49]. Можно встретить программы по физике, которые основаны на преподавании только избранных глав курса, необходимых студентам нефизических специальностей. Мы считаем, что физика представляет собой единый, логичный курс, из которого нельзя взять какой-то раздел и изучать его независимо от других. «Последовательное изучение курса физики вырабатывает специфический логический метод мышления, физическую интуицию, которые оказываются чрезвычайно плодотворными и в других науках», - говорил Р.З. Сагдеев. [166]. Целостность курса в рамках ограниченного времени его изучения диктует, чтобы, в известной мере, он был обзорным и способствовал формированию у студентов современной научной картины ок-ружающего нас мира. При этом необходимо решить проблему сочетания общих и специфических задач курса, связанных с профилем и спецификой избранной специальности. Программа по физике, по нашему глубокому убеждению, должна иметь фундаментальное ядро, общее для всех естественных специальностей, включающее фундаментальные теории и понятия, основные законы и методы исследования, и вариативную составляющую, связанную со спецификой факультета. Вариативная часть курса позволяет наполнить все разделы конкретными примерами, учитывающими профиль основной специальности.
Сформулируем принципы построения курса физики, общие для всех естественно-математических специальностей педвузов:
преемственность классических и современных теорий, дающая возможность проследить идеи эволюционизма в физике;
концентрированное изложение наиболее фундаментальных вопросов с единых позиций релятивистских идей, законов сохранения, законов квантовой механики, статистических закономерностей;
создание базы знаний и умений, необходимых для успешного усвоения специальных дисциплин профиля студентов;
широкое использование межпредметных связей естественно-математического цикла, обеспечивающих системный подход к изучению окружающего мира.
Требования, предъявляемые к программно-педагогическим средствам
Анализ литературных источников показал, что лишь малая часть учебных компьютерных программ является удовлетворительной. Объясняется это стихийностью процесса создания этих программ. Проблему создает также самопроизвольный в большинстве случаев ход внедрения компьютерных программ в практику обучения [22, 124, 152, 153, 56, 72, 157, 100].
В работе И.В. Роберт указывается на то, «что наиболее существенными причинами создания низкокачественных (с педагогической точки зрения) компьютерных программ является, во-первых, частичное, а порой и полное игнорирование дидактических принципов обучения при их разработке и, во-вторых, неправомерный перенос традиционных форм и методов обучения в новую технологию обучения, использующую компьютер... Так как разработка программных средств учебного назначения - сложный процесс, требующий коллективного труда не только учителей, методистов, программистов, но и психологов, гигиенистов, дизайнеров, то необходимо предъявление комплекса требований к программным средствам (ПС) учебного назначения» [125].
И.В. Роберт был разработан комплекс требований к программным средствам, используемым в процессе обучения. К ним относятся:
педагогико-эргономические требования,
дидактические требования (обеспечение научности содержания, доступности, систематичность и последовательность обучения, адаптивности, и т.п.),
эргономические требования к содержанию и оформлению (необходимость: учитывать возрастные и индивидуальные особенности учащихся,
обеспечивать положительные стимулы при общении обучаемого с программой, доброжелательную и тактичную форму обращения к ученику и т.п.),
психологические требования,
гигиенические требования,
эстетические требования,
технические требования.
Мы согласны с тем, что программное средство, используемое в процессе обучения, должно удовлетворять всем выше перечисленным требованиям. Однако проведение такой экспертной оценки может занять значительное количество времени. Мы же попытаемся выделить те требования, на которые следует обратить внимание в первую очередь преподавателю при использовании ППС в учебном процессе.
Использование вычислительной техники наиболее оправдано на лекционных и лабораторных занятиях, где компьютер открывает новые возможности для их эффективного проведения. При таком подходе компьютер должен использоваться как инструмент в познании закономерностей микромира, что позволит облегчить студентам понимание основных положений квантовой физики и даст возможность показать прикладное значение этой теории. Использование компьютерных моделей позволит проводить физический эксперимент максимально приближенный к натурному. Таким образом, можно будет демонстрировать эксперименты, которые в традиционной методике излагаются только результативным образом.
Организация педагогического эксперимента
Целью экспериментального исследования являлось установление эффективности обучения квантовой физике и повышение качества усвоения знаний обучаемых на основе использования новых информационных технологий.
Результаты анализа психолого-педагогической и методической литературы, собственного опыта работы со студентами, послужили основой для выдвижения гипотезы исследования: В основу диссертационного исследования положена следующая гипотеза: внедрение в учебный процесс компьютерного демонстрационного эксперимента, компьютерных модельных лабораторных работ будет способствовать повышению качества подготовки студентов по квантовой физике и развитию мотивации в ее изучении.
Целью педагогического эксперимента является проверка основных положений данной гипотезы.
Главными задачами педагогического эксперимента являлись:;
1. Выяснение необходимости применения НИТ в процессе преподавания квантовой физики.
2. Выяснение необходимости создания современных методических рекомендаций по использованию НИТ.
3. Проверка возможности применения ППС «Открытая физика» и «Физика микромира» в изучении квантовой физике.
4. Внедрение авторских методических рекомендаций по использованию НИТ в процессе изучения квантовой физики и определение влияния комплексного применения новых информационных технологий на повышение качества подготовки студентов по квантовой физике и развитию мотивации в ее изучении.
Педагогический эксперимент состоял из трех этапов: констатирующего, поискового и обучающего и проводился с 2001 г. по 2004 г. на базе кафедры физики для естественных факультетов Московского педагогического государственного университета. Характеристика этих этапов приведена в табл. 4.
Первый этап - констатирующий эксперимент - проводился в 2001-2002 г.г. на кафедре физики для естественных факультетов МПГУ. В нем принимали участие студенты второго курса химического факультета (51 человек), студенты четвертого курса математического факультета (143 человека); и студенты биолого-химического факультета (105 человек), а также преподаватели кафед-ры (10 человек).
Задачами констатирующего этапа эксперимента являлись:
1) выявление современного состояния вузовского физического образования, актуальных проблем его развития, условий внедрения новых информационных технологий в обучение физике;
2) выявление целесообразности использования НИТ в квантовой физике;
3) выявление условий эффективного использования НИТ;
4) выяснение отношения преподавателей к данной проблеме и основных трудностей, препятствующих внедрению компьютерного моделирования в учебный процесс.
Второй этап педагогического эксперимента — поисковый — проводился в 2002-2003 г.г. В нем принимали участие студенты второго курса химического факультета (48 человек), студенты третьего курса математического факультета (25 человек) студенты четвертого курса математического факультета (151 человек) и студенты биолого-химического факультета (103 человек).
Задачами поискового этапа эксперимента являлись:
1) выявление дидактических требований к 1111С;
2) анализ ППС с точки зрения использования в квантовой физике;
3) поиск методических приемов обучения при применении программно-педагогических средств в учебном процессе;
4) анализ результатов практического применения ППС «Открытая физика» и «Физика микромира».
Третий этап педагогического эксперимента — обучающий — проводился в 2003-2004 г.г. В эксперименте участвовали 145 студентов математического и 52 студента химического факультетов. По разработанному методическому материалу было проведено преподавание преподавателями кафедры (10 человек).
Задачами обучающего этапа эксперимента являлись:
1) отработка, совершенствование и проверка эффективности предлагаемой методики с использованием НИТ;
2) изучение динамики уровня обучения студентов в условиях традиционной и экспериментальной методики;
3) практическое внедрение разработанной нами методики;
4) подтверждение влияния применения комплекса программно-педагогических средств на развитие научно-познавательных интересов. фч
