Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины "история физики" в педагогическом вузе Древич Жанна Станиславовна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Цели и задачи преподавания дисциплины «История физики» в педагогическом вузе 21

1.1. История физики как наука 21

1.1.1. Наука физика и ее история: взаимоотношения и закономерности развития 21

1.1.2. Методологические подходы к изучению развития физики 24

1.2. Принцип историзма при обучении физике в системе школьного и вузовского образования 33

1.2.1. Анализ состояния реализации принципа историзма и его психолого-педагогические возможности при обучении физике 33

1.2.2. Изучение истории физики - вклад в гуманитаризацию естественнонаучного образования 44

1.2.3. Научная и учебно-методическая литература по истории физики 48

1.3. История физики как учебная дисциплина педагогического вуза 50

1.3.1. Концептуальные основы преподавания истории науки в педвузе 51

1.3.2. Цели и задачи дисциплины. Требования к уровню освоения содержания курса 56

1.3.3. Особенности лекционного изложения материала дисциплины «История физики» 61

1.3.4. Выбор лекционных демонстраций для курса истории физики 64

Выводы по первой главе 67

ГЛАВА 2. Создание и использование мультимедийных лекций по истории физики в педагогическом вузе 69

2.1. Мультимедийные технологии в образовательном процессе 69

2.1.1. Основные понятия информационных технологий в образовании 71

2.1.2. Психолого-педагогические основы использования компьютерных программных средств в обучении 77

2.1.3. Лекционные компьютерные презентации и демонстрации 83

2.2. Мультимедийные лекции - одна из возможностей совершенствования лекционного курса истории физики 92

2.2.1. Проектирование мультимедийных лекций по истории физики 92

2.2.2. Выбор технологий и инструментальных средств для подготовки мультимедийных лекций 104

2.2.3. Создание комплекса мультимедийных лекций и его реализация 111

2.3. Описание мультимедийных лекций по разделу «Предыстория физики. Формирование классической физики» 114

2.3.1. Мультимедийная лекция «Античная наука. Предыстория физики» 116

2.3.2. Мультимедийная лекция «Физические знания эпохи Средневековья» 126

2.3.3. Мультимедийная лекция «Физические знания эпохи Возрождения Леонардо да Винчи» 133

2.3.4. Мультимедийная лекция «Формирование основ научного знания Николай Коперник» 138

2.3.5. Мультимедийная лекция «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей» 144

2.3.6. Мультимедийная лекция «Ньютон и его научный метод» 151

2.4. Методика проведения лекционных занятий с использованием комплекса мультимедийных лекций и модельных демонстраций 159

Выводы по второй главе 171

ГЛАВА 3. Экспериментальная проверка эффективности использования мультимедийных лекций в курсе истории физики 173

3.1. Организация педагогического эксперимента 173

3.2. Результаты педагогического эксперимента 177

3.2.1. Констатирующий этап педагогического эксперимента 177

3.2.2. Поисковый этап педагогического эксперимента 179

3.2.3. Обучающий этап педагогического эксперимента 194

3.3. Анализ результатов статистической обработки обучающего этапа педагогического эксперимента 207

Выводы по третьей главе 212

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 214

• История физики как наука
• Мультимедийные технологии в образовательном процессе
• Организация педагогического эксперимента

Введение к работе

История физики хранит огромное количество событий и фактов, оказавших значительное влияние на формирование наших представлений об окружающем мире, становление и развитие физической науки. На важность изучения истории науки (физики) и включение ее в образовательный процесс указывали многие ученые-физики Ф. Бэкон, Д. Максвелл, М. Планк, А. Эйнштейн, П.Л. Капица, А.А. Андронов и др. Очень просто и ясно высказывался о значении истории физики В.Л. Гинзбург «История науки, как и всякая история, «просто интересна» [41, С. 254].

Курс истории физики является неотъемлемой частью образовательной программы физических и физико-математических факультетов педагогических вузов. Значение курса истории физики неоспоримо для развития физической эрудиции и «физического» стиля мышления у будущих учителей. История физики является важным источником педагогических идей, дающих возможность совершенствовать и обогащать методику преподавания физики новыми подходами и решениями, осуществлять межпредметные связи в преподавании физики. В частности, историко-физические знания позволяют учителю разрабатывать факультативы, элективные курсы и внеклассные мероприятия. Они могут стать основой для разработки и реализации авторских курсов в общеобразовательных школах и гимназиях, а также в классах гуманитарного профиля и т.п. Курс истории физики является также одной из основ естественнонаучного мировоззрения. Свидетельством вышеизложенного является также и то, что ВАК МОиН РФ введен кандидатский экзамен по философии и истории науки, в том числе для физических специальностей -по истории и методологии физики.

Изучение дисциплины «История физики» в педагогическом вузе предполагает использование всех форм учебного процесса - лекций, семинаров, спецкурсов и др. Тем не менее, по-прежнему доминирующая роль в формировании историко-физических знаний принадлежит главному звену

дидактического цикла обучения - лекциям, так как именно на лекциях закладываются основы научных знаний в обобщенной форме.

В настоящее время Стандартом высшего профессионального образования на изучение курса «История физики» отводится 72 часа [54]. Из них 36 - лекционные занятия, остальные предназначены для самостоятельного изучения студентами учебного материала. Подобное распределение учебной нагрузки затрудняет глубокое изучение истории физики и требует значительной реорганизации учебного процесса. Она заключается, с одной стороны, в коренной перестройке способа чтения лекций, а с другой, - в облегчении самостоятельного доступа студентов к учебникам и учебным пособиям. Однако общая тенденция сокращения учебных часов по физике в педагогическом вузе и отсутствие во многих из них демонстрационного материала по истории физики привели к тому, что в некоторых вузах курс «История физики» студентам вообще не читается.

В последние годы в системе среднего и высшего образования России произошли существенные изменения. Наметилась общая тенденция к гуманитаризации образования, в том числе и физического. В средних школах получили широкое распространение профильная и уровневая дифференциация, специализированные школы, гимназии, лицеи. В педагогических вузах появились различные курсы по выбору для гуманитарных факультетов, содержащие естественнонаучные знания, к примеру, куре «Концепции современного естествознания». Вопросы гуманитаризации естественнонаучного образования рассматривались в работах Л. А. Бор донской, Г.М. Голина, В.И. Да-нильчука, Т.М. Елкановой, Г.М. Идлиса, А.Н. Мансурова, Е.П. Левитана, В.Н. Мощанского, Б.И. Спасского, С.А. Тихомировой, Р.Н. Щербакова [20, 44, 58, 81, 129, 153, 140, 175, 229, 241, 266] и др. Вопросам гуманитаризации физического образования уделяли внимание многие ведущие ученые-физики В.П. Вайскопф, И.А. Раби, Д. Холтон и др. Тем не менее, проблему гуманитаризации физического образования нельзя считать полностью решенной. Её

невозможно решить в целом без гуманитаризации физического образования в педагогических вузах.

Все это приводит к изменению требований к подготовке учителя. В частности, овладение современной методикой преподавания физики требует глубокого знания ее истории. В дисциплине «История физики» могут быть рассмотрены проблемы, касающиеся гуманитарного содержания физической науки, ее культурологические, философские и другие аспекты. Так, вопросы соотношения интуитивного и логического в физических исследованиях, критерии истинности и эффективности физических методов и т.п., как правило, нигде не обсуждаются, хотя имеют большое значение для утверждения места этой науки в системе общечеловеческих ценностей. Кроме того, обладая системой знаний по истории физики, учитель получает возможность квалифицированно варьировать глубину изложения предмета. Поэтому изучение курса истории физики является важным фактором гуманизации и гуманитаризации преподавания этой науки.

Сказанное выше невозможно реализовать в рамках традиционной методики преподавания данной дисциплины. Это означает, что. использовавшиеся до настоящего времени методы чтения лекций по курсу «История физики» должны быть существенно модернизированы.

В связи с тем, что в настоящее время наблюдается тенденция роста информатизации общества и, в частности, информатизации образования, модернизация курсов, относящихся к физическим дисциплинам, должна заключаться, в частности, в широком использовании современных компьютерных технологий, которые обладают значительными возможностями предъявления информации с помощью средств мультимедиа. Мультимедиа технологии можно отнести к методам обучения истории физики, так как их можно представить как способ передачи знаний и одновременно способ усвоения их студентами.

Физика - наука экспериментальная. Но эксперимент в науке занял свое место не сразу, а лишь в результате борьбы умозрительных и экспери ментальных методов, которая продолжалась несколько столетий. Еще в XIII веке Роджер Бэкон выступил против умозрительного подхода к изучению явлений природы. Продолжил борьбу за экспериментальный метод великий ученый-энциклопедист и художник Леонардо да Винчи. Окончательно в XVII веке утвердил в физике экспериментальный метод Галилео Галилей. Историко-физические знания также могут даваться с помощью демонстрационного эксперимента. В частности, можно эффективно использовать демонстрации исторических экспериментов, впервые выполненных некоторыми из ученых.

В результате анализа программы дисциплины «История физики», а также в ходе бесед с преподавателями педвузов и их анкетирования выяснилось, что лекционные демонстрации по истории физики встречаются крайне редко. Это обусловлено рядом причин. Одна, из них связана с тем, что воссоздание первоначальных экспериментальных установок достаточно сложно и поэтому почти не производится. Исключением являются лишь некоторые случаи [95, 97]. Применение мультимедиа технологий позволяет использовать «виртуальные» физические эксперименты, что даёт обучаемым возможность более ярко представить развитие физической науки на большинстве этапов ее развития.

Таким образом, новые информационные технологии позволяют организовать изучение истории науки способами, не только наиболее адекватными ее внутренней логике (одновременно естественнонаучной и гуманитарной), но и наиболее интересными для обучаемых. Они позволяют шире представить историко-физический материал, именно в этих целях следует разработать программно-педагогические средства по истории физики, в том числе, мультимедийные лекции.

В настоящее время многие профессиональные педагоги занимаются разработкой лекций, содержащих современные мультимедиа технологии. Достаточно большое число из них посвящено физике. В то же время лекции подобного рода по истории физики практически отсутствуют. В связи с этим,

целью настоящей работы явилось создание ряда мультимедийных лекций по курсу истории физики для педагогического вуза, которые отражали бы развитие науки в период от античности до становления классической физики.

Проведенное изучение историко-физического материала [47, 49, 68, 91, 101, 136, 145, 166], проблемы гуманитаризации физического знания [7, 20, 30, 241, 263, 266] и анализ возможностей информационных технологий [5, 14, 21, 33, 39, 86, 163, 206, 218, 223, 244] позволили дидактически обосновать включение мультимедиа технологий в лекционный курс различных разделов истории физики.

Таким образом, есть основания утверждать, что имеется противоречие между необходимостью изучения историко-физического материала в педагогических вузах с помощью мультимедиа технологий и недостаточностью научно-методической разработки и практической реализации этой задачи. Данное противоречие определило актуальность проводимого диссертационного исследования и его тему «Мультимедийные технологии в преподавании дисциплины «История физики» в педагогическом вузе (на примере доклассического периода)».

Объект исследования: процесс обучения истории физики студентов физических и физико-математических факультетов педагогических вузов.

Предмет исследования: особенности и методика использования мультимедиа технологий в преподавании дисциплины «История физики» в педагогическом вузе.

Целью исследования является обоснование и разработка методики использования мультимедиа технологий в лекционном курсе «История физики» педагогического вуза, предполагающее усиление гуманитарного компонента дисциплины.

В основу исследования положена следующая гипотеза. Если при изучении истории физики использовать возможности мультимедиа техноло гий (информационные, интерактивные, эмоциональные и т.п.), то это приведет к:

? усилению у студентов мотивации к изучению данной дисциплины за счет осуществляющегося в этом случае «виртуального погружения» в изучаемую культурно-историческую эпоху;

? повышению качества знаний студентов;

? совершенствованию педагогической техники труда преподавателей, ведущих занятия по дисциплине «История физики».

Исходя из сформулированных выше целей и гипотезы исследования, были определены следующие задачи исследования:

- проанализировать традиционные формы обучения истории науки, а также состояние вопроса об использовании компьютерных, программных и коммуникационных средств в преподавании истории физики в педагогическом вузе;

- обосновать тематику лекций, которые в наибольшей степени требуют проведения модернизации с использованием мультимедиа технологий;

- сформулировать дидактические, программно-технические требования к мультимедийным лекциям, содержащим историко-физический материал;

- создать программно-методический комплекс, включающий мультимедийные лекции и дополняющие их демонстрации исторических экспериментов, относящиеся к доклассическому периоду развития физики;

- разработать методику проведения лекционного курса «История физики» с использованием комплекса мультимедийных лекций и демонстраций;

- осуществить экспериментальную проверку эффективности применения разработанной методики преподавания.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования и виды деятельности:

- анализ научной, психолого-педагогической и методической историко- физической литературы, диссертационных исследований и материалов сети

Интернет, посвященных проблеме применения новых информационных технологий в образовании в целом, а также вопросам использования компьютерных, программных и коммуникационных средств в обучении истории науки;

- изучение и анализ педагогического опыта осуществления историко-физического образования в вузовской практике на основе анализа учебных и учебно-методических пособий по истории физики, а также учебных программ для педагогических вузов;

- создание комплекса мультимедийных лекций и демонстраций в курсе «История физики» для педагогического вуза;

- беседы, анкетирование и опрос преподавателей, студентов физических и физико-математических факультетов педагогических вузов, экспертные оценки;

- педагогический эксперимент с целью проверки гипотезы исследования;

- статистические методы обработки результатов эксперимента.

Исследование осуществлялось в течение нескольких этапов в период с 2001 по 2005 год.

На первом этапе исследования изучалось современное состояние преподавания и изучения лекционного курса по истории физики в педагогических вузах и использование в нем историко-физического эксперимента. Рассматривались также вопросы актуальности изучения истории науки для гуманитаризации естественнонаучного образования и проблемы использования принципа историзма в школьной практике. С этой целью была проанализирована специальная литература и программы курсов по истории физики, а также проведены опросы преподавателей истории физики ряда педагогических вузов России, аспирантов и студентов физического факультета МПГУ. Была также рассмотрена необходимость и возможность использования мультимедийных лекций в курсе истории физики в педагогических вузах как один из путей осуществления историко-физического образования будущих учителей физики.

В течение второго этапа исследования был разработан и включен в практику изучения курса «История физики» комплекс мультимедийных лекций и лекционных демонстраций, посвященных становлению физических знаний в период от античности до XVIII века. Предложена и обоснована методика использования указанного комплекса для осуществления повышения уровня историко-физических знаний студентов и их профессиональной подготовки в процессе изучения курса.

На третьем этапе проведена оценка эффективности включения в процесс обучения истории физики созданного комплекса мультимедийных лекций для повышения уровня историко-физической подготовки будущих учителей физики. Полученные результаты позволили подтвердить выдвинутую гипотезу исследования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследования состоит:

- в доказательстве необходимости и возможности использования мультимедиа технологий для обучения истории физики в педагогическом вузе;

- в обосновании выбора средств мультимедиа для использования их в лекциях по истории физики;

- в обосновании тематики лекционного курса по истории физики («Предыстория физики. Формирование классической физики»), в которой оптимальным образом реализуются преимущества мультимедийного способа изложения учебного материала;

- в создании специфической для истории физики совокупности дидактических и программно-технических требований (научности, гуманизации, наглядности, многофункциональности, эргономичности, эстетичности и т.п.) к мультимедийным лекциям, приводящей к эффективности их проведения;

- в создании мультимедийных лекций по темам: «Античная наука. Предыстория физики», «Физические знания эпохи Средневековья», «Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи», «Формирование основ научного знания. Николай Коперник», «Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей», «Ньютон и его научный метод»;

- в создании лекционных демонстраций: «Опыт Архимеда по определению углового размера Солнца», «Эолипил» Герона Александрийского», «Технические изобретения Леонардо да Винчи», «Изучение Галилеем свободного падения тел», соответствующих рассматриваемому периоду истории физики;

- в разработке методики практического использования мультимедийных лекций, включающей цели, содержание, диагностику усвоения знаний студентами и обеспечивающей возможность вариативного и творческого применения преподавателями материала лекций.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования заключается в обосновании и реализации мультимедийных лекций - нового способа преподавания истории науки, способствующего более глубокому усвоению слушателями изучаемого материала, обеспечивающего большую вариативность его изложения, эффективно включающегося в процесс дистанционного обучения, упрощающего подготовку преподавателя к занятиям при обеспечении их высокого качества.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ исследования состоит:

- в разработке и внедрении в учебный процесс преподавания дисциплины «История физики» в педагогических вузах программно-педагогического комплекса мультимедийных лекций и лекционных демонстраций, характеризующихся оптимальным сочетанием естественнонаучного и гуманитарного подходов к преподаванию и позволяющих на современном техническом уровне отразить закономерности истории науки, место и роль физики в развитии цивилизации;

- в разработке методических рекомендаций по проведению мультимедийных лекций и демонстраций;

- в составлении тестовых заданий для диагностики усвоения студентами историко-физических знаний;

- в применении разработанных мультимедийных лекций и демонстраций для целей дистанционного образования.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ

1. Теоретическое обоснование необходимости и возможности использования мультимедийных лекций как метода обучения истории физики в педагогическом вузе, направленного на усиление мотивации к обучению и развитию у студентов интереса к предмету.

2. Совокупность требований (дидактических и программно- технических), предъявляемых к мультимедийным лекциям, обеспечивающих успешное проведение занятий по дисциплине «История физики» в педагогическом вузе, и позволяющих, кроме того, осуществить реальный синтез гуманитарных и естественнонаучных знаний.

3. Комплекс мультимедийных лекций, объединяющий вопросы развития физической науки от эпохи Античности до XVIII века:

«Античная наука. Предыстория физики»,

«Физические знания эпохи Средневековья»,

«Физические знания эпохи Возрождения. Леонардо да Винчи»,

«Формирование основ научного знания. Николай Коперник»,

«Становление экспериментальной науки. Галилео Галилей»,

«Ньютон и его научный метод».

4. Методика применения разработанного комплекса мультимедийных лекций, включающая цели, содержание, диагностику усвоения знаний студентами и обеспечивающая возможность вариативного применения преподавателями материала лекций.

Результаты исследования докладывались на:

- III Международной конференции «Новые технологии в преподавании физики: Школа и ВУЗ» (НТПФ-3), г. Москва, 2002г.;

- Первых научных Северо-Кавказских чтениях «Концепции современного естествознания и его история», г. Армавир, 2002г.;

- Университетских чтениях МПГУ, г. Москва, 2003г.;

- Международном конгрессе конференций «Информационные технологии в образовании» («ИТО-2003»), г. Москва, 2003 г.;

- Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-03), г. Санкт-Петербург, 2003г.;

- Всероссийском Форуме «Образовательная среда - 2003», г. Москва, 2003г.;

- Научно-практической конференции «Физическое образование: состояние, проблемы и перспективы», г. Москва, 2004г.;

- VIII конференции стран Содружества «Современный физический практикум», г. Москва, 2004г.;

- Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы преподавания физико-технических дисциплин», г. Пенза, 2005г.;

- IV Международной конференции «Новые технологии в преподавании физики: Школа и ВУЗ» (НТПФ-IV), г. Москва, 2005г.;

- Научном семинаре Института истории естествознания и техники РАН (ИИЕТ РАН), г. Москва, 2005г.;

- Международной научной конференции «Дидактика физики в контексте Болонского процесса», г. Каменец-Подольский, 2005г.;

- Международной научно-практической конференции «Ценностные приоритеты образования в XXI веке: ориентиры и направления современного образования», г. Луганск, 2005г.

Внедрение результатов исследования.

Результаты работы использованы в лекционных курсах по дисциплине «История физики», читаемых в Армавирском государственном педагогическом университете, Брянском государственном университете, Борисоглебском государственном педагогическом институте, Пензенском государственном педагогическом университете. Разработанные лекции в течение последних четырех лет являются обязательным компонентом лекционного курса

«История физики» и специальных курсов «Некоторые вопросы истории физики», «История и методология физики» для студентов, магистрантов и аспирантов Московского педагогического государственного университета. Разработанные мультимедийные лекции и демонстрации включены также в состав «Сетевого учебно-методического комплекса электронных средств поддержки обучения по основным инвариантным дисциплинам направлений 030000 и 540500» в части «История физики» и размещены в портале «Открытое образование»: http://openedu.ministry.ru.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ отражено в следующих работах:

1. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в педагогическом вузе. Материалы VIII Международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-05). - СПб.: Изд-во РГПУ, 2005. - С. 220-223 (авторских 50%).

2. Ильин В.А., Древич Ж.С. История физики. Курс мультимедийных лекций. Сборник трудов XIII Международной конференции «Информационные технологии в образовании». Ч. IV. - М., 2003. - С. 53-54 (авторских 70%).

3. Древич Ж.С, Ильин В.А. Комплекс лекционных демонстраций в курсе истории физики педагогических вузов. Труды VIII Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум». -М., 2004. - С. 146-147 (авторских 50%).

4. Древич Ж.С, Ильин В.А. История физики. Методика преподавания истории физики в педагогическом вузе с помощью мультимедийных технологий. //Преподавание физики в высшей школе. - М., 2005. - № 30. - С. 155-171 (авторских 5 0%).

5. Древич Ж.С, Ильин В.А. Мультимедийная поддержка лекционного курса по истории физики педагогического вуза на примере лекций «Леонардо да Винчи» и «Галилео Галилей». Межвузовский сборник научных трудов

«Актуальные вопросы преподавания физико-технических дисциплин». - Пенза: ПГПУ, 2004. - С. 12-19 (авторских 50%).

6. Древич Ж.С. Применение мультимедийных технологий в курсе истории физики в педагогическом вузе. Молодые ученые: сборник статей и тезисов. Вып. 3. - Армавир: РИД АГПУ, 2005. - С. 35-37 (авторских 100%).

7. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в современном педагогическом вузе и их компьютерное воплощение. Сборник научных трудов Каменец-Подольского государственного университета. Вып. 11. - Каменец-Подольский, 2005. - С. 136-140 (авторских 50%).

8. Древич Ж.С, Ильин В.А. Использование мультимедийных технологий при изучении курса «История физики» в педагогическом вузе. Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования». - Н. Новгород, 2004. - С. 143-144 (авторских 50%).

9. Древич Ж.С, Ильин В.А. Мультимедийные технологии в преподавании курса «История физики» педагогических вузов. Научные труды МШУ. Серия: Естественные науки. - М., 2004. - С. 148-150 (авторских 50%.).

10. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концепция преподавания истории физики в педагогическом вузе и ее компьютерное воплощение. Ценностные приоритеты образования в XXI веке: ориентиры и направления современного образования.- Луганск, 2005. - С. 64-73 (авторских 50%).

11. Ильин В.А., Древич Ж.С. Историко-физический эксперимент в современном педвузе. Сборник трудов Ш-ой Международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». - М., 2002. - С 181-182 (авторских 50%).

12. Древич Ж.С, Ильин В.А. Особенности изучения истории физического эксперимента в педагогическом вузе. Предыстория физики. //Преподавание физики в высшей школе. - М., 2003. - № 25. - С.57-60 (авторских 50%).

13. Древич Ж.С. Мультимедийные технологии в образовании. Преподавание дисциплины «История физики» в педагогических вузах. «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов IV-ой Международной научно-методической конференции. - М., 2005. - С. 44-45 (авторских 100%.).

14. Древич Ж.С, Ильин В.А. Изучение истории физического эксперимента в педагогическом ВУЗе. Концепции современного естествознания и его история: Тезисы первых научных Северо-Кавказских чтений. - Армавир, 2002. - С. 21-22 (авторских 70%).

15. Древич Ж.С, Ильин В.А. Роль и место физического эксперимента в естествознании. «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов Ш-ой Международной научно-методической конференции. - М., 2002. - С. 149 (авторских 50%).

16. Ильин В.А., Древич Ж.С. Концептуальные основы преподавания истории науки в педагогическом вузе (на примере физики). «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ». Сб. аннотаций докладов IV-й Международной научно-методической конференции. - М., 2005. - С. 51 (авторских 50% ).

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, библиографии и Приложений. Общий объем диссертации составляет 255 машинописных страниц, из них 203 страницы основного текста, включая 14 таблиц, 51 рисунок, из них 12 гистограмм и 9 диаграмм, б приложений объемом 17 страниц. Библиографический список содержит 290 наименований.

В первой главе «Цели и задачи преподавания дисциплины «История физики» в педагогическом вузе» рассматриваются методологические подходы к истории развития физики, ее периодизации, а также реализация принципа историзма в области вузовского и школьного образования при обучении физике. Рассматривается возможность гуманитари зации естественнонаучного образования посредством изучения истории физики. Определяются концептуальные основы, цели и задачи преподавания дисциплины «История физики» в педагогическом вузе, обсуждаются особенности изложения лекционного материала, а также дидактические функции ее лекционной формы преподавания, которая по-прежнему является основной при обучении истории науки в связи наблюдающимся сокращением учебных часов.

В главе рассматриваются особенности использования лекционных демонстраций по истории физики. Приводятся результаты анкетирования, проведенного в ходе констатирующего педагогического эксперимента среди преподавателей, аспирантов и студентов, которые показывают настоятельную необходимость модернизации курса истории физики в плане большего использования современных информационных технологий, а также широкого применения лекционных демонстраций историко-физического характера.

Вторая глава «Создание и использование мультимедийных лекций по истории физики в педагогическом вузе» посвящена психолого-педагогическому обоснованию использования мультимедиа технологий в образовании, и, в частности, в курсе истории физики.

Рассматриваются возможности разработки, создания и использования комплекса мультимедийных лекций. Предлагается методика использования мультимедийных лекций, выдвигаются дидактические и программно-технические требования к ним. Здесь же приводятся описания мультимедийных лекций, а также лекционных историко-физических демонстраций.

Третья глава «Экспериментальная проверка эффективности использования мультимедийных лекций в курсе истории физики» посвящена вопросам организации, описанию этапов и анализу результатов педагогического эксперимента.

В процессе проведения экспериментальной проверки подтверждена сформулированная гипотеза: доказано, что включение мультимедийных лекций в практику преподавания курса «История физики» способствует повы шению интереса студентов к истории науки и уровня усвоения знаний, а также совершенствованию педагогической техники труда преподавателей, ведущих занятия по дисциплине «История физики».

В Заключении подводятся итоги проведенного исследования.

В Приложениях приведены ссылки на Интернет-ресурсы по теме исследования (ПРИЛОЖЕНИЕ II), примеры иллюстративного материала (ПРИЛОЖЕНИЕ III), анкеты №1 (ПРИЛОЖЕНИЕ I) и № 2 (ПРИЛОЖЕНИЕ V), а также «рейтинг» ученых-физиков (ПРИЛОЖЕНИЕ IV). Приводится разработанный в ходе исследования итоговый тест (ПРИЛОЖЕНИЕ VI), использовавшийся для диагностики уровня усвоения историко-физических знаний. К диссертации прилагается лазерный диск, содержащий запись мультимедийных лекций, инструкции для преподавателей и компьютерную тестовую программу для осуществления диагностики усвоения знаний.

История физики как наука

Предмет любой естественной науки составляют отдельные ступени развития природы или ее структурные уровни. Структура каждой отдельной науки должна отражать ее специфику на определенном этапе развития и служить лишь каркасом для более детального изучения истории самой науки.

Дорфман Я.Г. [68, С. 10] выделяет следующую структуру физической науки или ее аспекты.

1. Методы, применяемые в физических исследованиях, и полученные с их помощью важнейшие результаты.

2. Основные понятия и теории, созданные к данному моменту.

3. Основные проблемы и направления исследований.

4. Ответвления физики, ведущие в другие отрасли наук и в практику.

История физики образует самостоятельный элемент структуры науки физики, объединяющий все ее части на основе их взаимной генетической связи и исторической последовательности возникновения. История физики замыкает структурную схему физики со стороны общественных наук.

История физики - отдельная научная дисциплина физики, которая изучает процесс развития физических понятий в связи с историей человече 25 ской культуры и находится в тесном соприкосновении с общественными (гуманитарными) науками.

Несмотря на различия между методологиями (методами) естественнонаучного и гуманитарного познания, вытекающими из различия их предметов, в современной науке намечается тенденция к сближению естественнонаучной и гуманитарной методологии. Дильтей В. отмечал, что «в гуманитарно-научном методе заключается постоянное взаимодействие переживания и понятия» [47, С. 22]. В связи с этим историю физики следует воспринимать как синтез естественнонаучного и гуманитарного подходов к изучению природы.

В связи с вышесказанным, предмет истории физики представляет собой процесс возникновения и развития физической науки как единого целого, как общественного явления, занимающего определенное место в жизни людей и выполняющего в ней конкретную роль [91, С. 4].

Изучение истории физики имеет огромное теоретическое значение. Дело в том, что физическая наука перерабатывает и использует два вида информации: о новейших результатах научных исследований и об истории развития физических знаний. Информация о новейших результатах физических исследований и их критический анализ имеют практическое значение в том смысле, что это материал непосредственно питает развертывание дальнейшей исследовательской работы. Информация же об историческом процессе развития физики и научный анализ факторов, прямо или косвенно влиявших на него, имеют важное теоретическое значение, так как создают основу для адекватной оценки и более глубокого понимания успехов и всего статуса современной физики и для предвидения путей ее дальнейшей эволюции [68].

История физики также документально показывает, что современная наука не возникла внезапно; её истоки относятся к древнейшим временам истории человечества. Луи де Бройль высказывался по этому поводу следующим образом: «История науки не может не интересовать ученых-естественников, ученый находит в ней многочисленные уроки, и, умудрен 26 ный собственным опытом, он может лучше, чем кто-либо другой, истолковать со знанием дела эти уроки [60, С. 301]. Приведем также высказывание английского физика, автора основополагающих работ по науковедению Дж. Бернала о значении истории науки: «В науке, может быть, более чем в другой сфере деятельности человека прогресс возможен и часто действительно имеет место без какого-либо знания истории; но такое знание обеспечивает воздействие на направление пути развития науки в будущем, и если хорошо усвоены уроки прошлого, прогресс в науке будет достигнут быстрее и надежнее» [17, С. 10].

К основным целям и задачам истории физики относят [68]:

? накопление фактов, необходимых для того, чтобы, излагая их в исторической последовательности, можно было восстановить полную картину развития физики;

? изучение закономерностей развития физической науки, позволяющих построить не статическую, а динамическую картину истории физических исследований;

? исследование внутренней логики развития самой науки, ее самостоятельности, а также рассмотрение ее взаимосвязи с философскими воззрения-:. ми конкретного исторического периода;

? изучение законов воздействия внешних факторов (социально-экономических условий) на развитие физики.

Мультимедийные технологии в образовательном процессе

Информатизация образования (компьютеризация образования) - процесс обеспечения сферы образования методологией, технологией и практикой разработки и оптимального использования современных средств НИТ, ориентированных на реализацию психолого-педагогических целей обучения и воспитания в комфортных и здоровьесберегающих условиях [206, С. 1-6]. В этой связи многие современные исследователи: В.В. Алейников, Н.С. Ани-симова, А.П. Ершов, М.П. Лапчик, A.M. Матюшкин, О.Б. Тыщенко, Н.Н. Го-мулина, В.М. Монахов, И.В. Роберт [5, 8, 50, 82, 158, 173, 206, 244] и др. рассматривают проблемы совершенствования образования в связи применением средств ИКТ (информационные и коммуникационные технологии).

Термин «информационные технологии» ввел академик В.М. Глушков [43]. Согласно его терминологии: «Информационные технологии - процессы, связанные с переработкой информации».

Под новыми информационными технологиями (НИТ) - понимают технологии обработки, передачи, распространения и представления информации с помощью ЭВМ [237].

В самом общем виде под НИТ понимают совокупность моделей, методов и средств обработки данных с непосредственным интеллектуальным доступом человека в вычислительную среду. Такое представление усиливает значимость формирования информационных сред в образовательном процессе и в других условиях подготовки и переподготовки современного специалиста [86].

В зарубежной практике, как отмечает И.Г. Захарова [86], НИТ классифицируют как:

? компьютерное программированное обучение;

? изучение с помощью компьютера;

? изучение на базе компьютера;

? обучение на базе компьютера; ? диагностика усвоения знаний на базе компьютера;

? компьютерные коммуникации.

Под средствами ИКТ понимают аппаратные, технические средства и устройства и программные средства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современных средств и систем транслирования информации, передачи информации и возможности доступа к информационным ресурсам компьютерных сетей (в том числе глобальных) [237].

К аппаратным средствам ИКТ относятся персональный компьютер, средства и устройства ввода-вывода, манипулирования текстовой и графической информацией, средства архивного хранения больших объемов информации. А также устройства для преобразования данных из графической или звуковой формы в цифровую и обратно, средства и устройства управления аудиовизуальной информацией (на базе технологий Мультимедиа и «Виртуальная реальность»), современные средства связи [206]. Описанию компьютерных аппаратных средств, применяемых в обучении, посвящены работы В.М. Зеленина, СП. Седых, В.А. Извозчикова, В.М. Кузнецова, А.Ф. Чернявского, О.В. Колесниченко, К.Г. Кречетникова, В.В. Лаптева, В.Н. Кунина, А.Я. Савельева, М.С. Шехтера, Т.Л. Шапошниковой, Ю.В. Попова, В.Э. Фигурнова [3, 87, 121, 131, 215, 217, 220, 262, 264] и других авторов.

К программным средствам относят программно-педагогические средства. Однако разработка профессиональных программных средств учебного назначения - дорогостоящее дело, поскольку для этого необходима совместная работа высококвалифицированных специалистов: психологов, преподавателей-предметников, компьютерных дизайнеров, программистов. В педагогической литературе особенности компьютерных программных средств рассмотрены А.О. Чефрановой, B.C. Диевым, О.В. Виштак, Б.Е. Стариченко, А.И. Бобковым, В.А. Езерским, Е.Ю. Раткевич, И.В. Роберт, О.А. Семочки-ной, Е.А. Филипповым, Г.А. Фроловой, Н.Н. Гомулиной, Т.А. Сергеевой,

В.А. Извозчиковым [18, 29, 50, 67, 207, 218, 231, 252, 254, 259] и другими авторами.

Задача нашего исследования заключается в создании мультимедийных лекций по истории науки, представляющих собой ППС.

Программно-педагогическими средствами (ППС) называют педагогические программные средства с их описаниями, инструкциями и методическими рекомендациями по их применению [218].

Организация педагогического эксперимента

Целью констатирующего этапа педагогического эксперимента, который проходил в течение 2001-2002 годов, было изучение состояния преподавания истории физики в педагогических вузах, а также степени применения в курсе «История физики» всех возможных форм обучения, в том числе использующих новые информационные технологии.

Для этого в первую очередь был проведен анализ научной, научно-популярной, общепедагогической, методической литературы, материалов сети Интернет. Кроме того, был проанализирован опыт работы преподавателей вузов и методистов по осуществлению принципа историзма в процессе обучения физике как одного из способов реализации гуманитаризации физического образования. В результате было выяснено, что:

? лекционный способ обучения истории науки по-прежнему остается ведущим;

? превалирующей формой организации занятий по истории физики являются нормативные курсы, кроме того, имеется достаточно много курсов по выбору, в которых рассматриваются вопросы истории физики или близкие к ним.

Для выявления степени использования лекционных демонстраций в курсе истории физики и целесообразности применения для этого мультимедиа технологий были проведены беседы с преподавателями кафедр физики физических факультетов вузов России, при этом им была предложена анкета № 1 (см. ПРИЛОЖЕНИЕ I), которая приведена ниже. В анкетировании приняли участие 15 преподавателей вузов РФ.

Результаты, проведенного анкетирования подробно проанализированы в Главе I. Поэтому здесь мы не будем их полностью повторять, а приведем лишь основные положения.

? Преподаватели всех вузов высоко оценивают значение лекционных демонстраций в курсе истории физики и считают целесообразным проведение систематической работы по созданию для этого экспериментальных приборов и установок.

? В то же время в силу ряда причин лекционные демонстрации в курсе истории физики встречаются крайне редко.

? Преподавали, в силу общего возрастания интереса к мультимедиа технологиям, высоко оценили их значение для курса истории физики с точки зрения повышения наглядности обучения, увеличения интереса студентов к изучению данной дисциплины и облегчения подготовки к чтению лекций при одновременном повышении их качества.

Анкетирование студентов и аспирантов, прослушавших курс истории физики, проводилось для выявления их мнения по поводу использования информационных технологий в данном курсе. Оно показало, что молодые люди, которые в наше время активно интересуются компьютерными технологиями, рассматривают этот процесс как совершенно необходимый, придерживаясь в этом отношении даже более радикального мнения, чем их старшие коллеги-преподаватели.

В результате констатирующего этапа педагогического эксперимента были сделаны заключения. 1. Обучение студентов педагогических вузов дисциплине «История физики» не дает возможности сообщить им объем знаний, необходимый для успешной работы учителя физики в современной профильной школе. Методика преподавания этой дисциплины требует значительной модернизации. 2. По представлениям преподавательского корпуса педагогических ву зов изменение методики преподавания истории науки должно быть связано со значительно более широким использованием информационных техноло гий. 3. Аналогичные взгляды высказывают аспиранты и студенты старшекурсники, подчеркивая, что любое использование компьютерных средств в преподавании повышает их интерес к предмету и самому процессу преподавания. Это свидетельствует о том, что процесс модернизации лекци онных занятий по истории физики будет поддержан студенческой аудитори ей. 4. Лекционные демонстрации по истории физики, представляющие собой воспроизведение известных физических экспериментов разных вре мен, используются в обучении данной дисциплине крайне редко, что ухуд шает целостность восприятия слушателей. Несмотря на общее желание, по добные демонстрации практически не разрабатываются, как в модельном, так и в компьютерных вариантах.