Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий 15
1.1. Современные требования к подготовке инженерных кадров 15
1.2. Содержание курса физики для инженерных специальностей 26
1.3. Констатирующий эксперимент 33
1.4. Анализ исследований по проблеме использования компьютерных технологий при обучении физике в технических вузах 42
Глава 2. Теоретические основы обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий 52
2.1. Методика обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий 52
2.2 Понятие и классификация современных компьютерных технологий 69
2.3. Анализ программного обеспечения, применяемого в техническом вузе при обучении физике 78
Глава 3. Методика применения компьютерных технологий при обучении физике студентов технических вузов 91
3.1. Методика применения компьютерных технологий на практических занятиях по физике 97
3.2. Лабораторный практикум по физике в техническом вузе с применением компьютерных технологий 122
3.3. Курсовые и научно-исследовательские работы по физике в техническом вузе с применением компьютерных технологий 134
Глава 4. Оценка эффективности разработанной методики обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий 147
4.1. Организация и методика проведения педагогического эксперимента... 147
4.2. Поисковый эксперимент 150
4.3. Обучающий педагогический эксперимент 156
Заключение 167
Библиографический список 169
Приложения 1
- Современные требования к подготовке инженерных кадров
- Методика обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий
- Методика применения компьютерных технологий на практических занятиях по физике
Введение к работе
Для подготовки специалистов-профессионалов сегодня является общепризнанным, что традиционное понимание профессионального инженерного образования как усвоения определенной суммы знаний, основанного на преподавании фундаментальных, общетехнических и специальных предметов, является явно недостаточным. В ходе изучения профессионально-технической среды современных промышленных предприятий, было установлено, что в профессиональную деятельность специалистов машиностроения активно проникают информационные и телекоммуникационные технологии, что вызывает острую потребность в специалистах, умеющих для решения профессиональных задач использовать не только фундаментальные теории, но и современные компьютерные технологии. Наличие у выпускника как практических, так и теоретических знаний в этой области повысит востребованность такого работника на рынке труда. В 80% случаев при приеме на высокооплачиваемую работу требуются знания вычислительной техники [128]. Поэтому выпускник технического вуза за годы обучения должен получить разносторонний опыт использования компьютерных технологи, быть психологически и профессионально готов к его использованию на производстве. Для эффективной подготовки таких специалистов, способных конкурировать на рынке интеллектуального труда, решающее значение имеет поиск и создание нетрадиционных педагогических решений, разработка и использование новых подходов, идей и методов обучения, способных улучшить содержание образования и уровень подготовки выпускников, в частности, по физике, которая представляет собой фундаментальную основу дисциплин технического направления. Актуальность решения этой задачи на современном этапе с каждым годом продолжает возрастать.
Как показал анализ работ по методике преподавания физики в профессиональных учебных заведениях, фундаментальная подготовка студентов к осуществлению профессиональной деятельности инженера наиболее полно может быть реализована в условиях профессиональной направленности обуче-
ния [12, 54, 86, 97, 155]. Причем, принцип профессиональной направленности должен найти свое отражение в деятельности, адекватной современным условиям. Для студентов инженерных специальностей эта деятельность связана с использованием компьютерных технологий при решении физических задач с профессиональным содержанием. А специфика учебного процесса в техническом вузе состоит в профессиональной направленности изучаемых дисциплин и активном использовании компьютерных технологий, при этом физика представляет собой фундамент для дисциплин технического направления.
Таким образом, для успешной деятельности инженера в инновационной среде промышленных предприятий, которую создают автоматизированные на основе микропроцессорной техники средства производства, подготовка студентов втузов должна быть направлена не только на получение знаний фундаментальных, общетехнических и специальных дисциплин, но и на формирование действенных мотивов и устойчивого навыка использования компьютерных технологий в будущей профессиональной деятельности.
Однако, проведенный нами констатирующий эксперимент показал, что при обучении физике студентов технических вузов используется ограниченное количество компьютерных технологий, которые не отражают специфику будущей профессиональной деятельности инженера и применяются эпизодически, в основном для решения традиционных физических задач. В результате многие студенты не осознают цели использования персонального компьютера при обучении физике, для большинства из них применение компьютерных технологий не становится актуальным и необходимым в данный момент времени и выпускники оказываются не готовыми к решению профессиональных задач, возникающих в инновационной деятельности инженера. При этом число обязательных часов на изучение физики сокращается, в то время как объем учебного материала увеличивается. Поэтому увеличивается число часов, отведенных на самостоятельную работу студентов, которые в настоящее время используются не рационально.
Таким образом, существуют противоречия:
между характером профессиональной деятельности инженера в инновационной среде промышленных предприятий и сложившейся системой подготовки студентов технических вузов в области физики;
между значительным количеством работ в области информационных технологий и практическим отсутствием методики использования совокупности различных компьютерных технологий, применяемых в практике инженера, при обучении физике студентов технических вузов.
Выделенные противоречия определили актуальность и тему нашего исследования: «Обучение физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий», проблемой которого является поиск ответа на вопрос: какой должна быть методика обучения физике студентов инженерных специальностей с использованием современных компьютерных технологий?
Объектом исследования является процесс обучения физике студентов технических вузов в современных условиях.
Предметом исследования является применение современных компьютерных технологий в обучении физике студентов технических вузов.
Цель исследования состоит в теоретическом обосновании и разработке методики обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий.
Гипотеза исследования. Если разработать и внедрить в учебный процесс технического вуза методику профессионально-ориентированного обучения студентов инженерных специальностей с применением совокупности различных современных компьютерных технологий на аудиторных занятиях во взаимосвязи с самостоятельной работой студентов, то можно повысить уровень фундаментальной подготовки студентов и сформировать некоторые виды профессиональной деятельности, характерные для инновационной среды промышленных предприятий.
Исходя из сформулированной гипотезы, для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
изучить степень разработанности проблемы исследования в научной, психолого-педагогической и методической литературе;
теоретически обосновать вклад физики и компьютерных технологий в формирование специалистов инженерного профиля в современных условиях, а также выявить реальный уровень подготовки студентов технических вузов по физике и определить их готовность к применению компьютерных технологий для решения физических задач, в том числе и с профессиональным содержанием;
провести анализ и выбор компьютерных технологий, соответствующих содержанию физического образования в техническом вузе и специфике профессиональной деятельности инженера;
определить наиболее целесообразные формы и методы обучения физике с применением компьютерных технологий;
разработать задания для практических, лабораторных, курсовых и научно-исследовательских работ по своему содержанию направленные на усвоение студентами фундаментальных вопросов курса физики и на формирование видов профессиональной деятельности, связанных с использованием современных компьютерных технологий;
- осуществить экспериментальную проверку гипотезы исследования.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы:
- теоретические - анализ философской, естественнонаучной, научно-
технической, психолого-педагогической литературы; анализ содержания доку
ментов по модернизации Российского образования, основных направлений ин
форматизации системы образования области, существующего информационно
го обеспечения региональной системы образования и изучение рынка компью
терных технологий; проведение сравнений и аналогий, обобщение, синтез; мо
делирование педагогических ситуаций; анализ инновационного педагогическо
го опыта;
- экспериментальные - наблюдение, интервьюирование, анкетирова
ние и тестирование студентов и преподавателей, экспертная оценка разрабо
танных материалов, педагогический эксперимент.
Научная новизна исследования.
Выявлен инновационный характер деятельности инженера, прежде всего, связанный с использованием современных компьютерных технологий при решении профессиональных задач, основой которых являются законы и явления физики.
Разработаны теоретические основы построения методики обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий, с учетом специфики профессиональной деятельности инженера в инновационной среде промышленных предприятий в виде следующих утверждений:
компьютерные технологии должны оказывать влияние на все компоненты методической системы обучения физике (цели, содержание, методы, формы и средства);
одной из целей обучения физике студентов технических вузов следует считать формирование действенных мотивов и устойчивого навыка использования компьютерных технологий при решении физических задач, связанных с дальнейшей профессиональной деятельностью инженера;
проектирование содержания обучения физике следует осуществлять на основе сочетания принципов фундаментальности, профессиональной направленности и информатизации обучения, при этом отбор содержания учебной дисциплины должен заключаться в выборе такого учебного материала, который будет использоваться в предстоящей профессиональной деятельности инженера с применением современных компьютерных технологий;
важным компонентом содержания обучения физике студентов технических вузов должны быть соответствующие учебному материалу компьютерные технологии, выбор которых также должен быть обусловлен спецификой профессиональной деятельности инженера;
современные компьютерные технологии необходимо использовать на всех формах аудиторных занятий во взаимосвязи с самостоятельной работой студентов, в том числе при выполнении курсовых и научно-исследовательских работ;
на всех формах аудиторных и внеаудиторных занятий обучение физике можно осуществлять с применением традиционных методов, но с учетом новых возможностей, предоставляемых компьютерными технологиями.
3. Предложена и реализована методика применения современных компьютерных технологий для проведения практических и лабораторных занятий, выполнения курсовых и научно-исследовательских работ по физике в технических вузах, включающая:
формирование мотивов применения компьютерных технологий;
установление взаимосвязи аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов;
выделение типов задач по физике и действий, реализуемых с применением компьютерных технологий на практических и лабораторных работах; определение требований к формированию физических задач с профессиональным содержанием для курсовых и научно-исследовательских работ;
разработку заданий для аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов, включающие наряду с другими, физические задачи с профессиональным содержанием, возникающие в деятельности инженера, связанной с применением компьютерных технологий.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в теоретическом обосновании возможности и целесообразности использования компьютерных технологий, применяемых в практике инженера, при обучении физике студентов технических вузов для повышения уровня их фундаментальной подготовки и формирования некоторых видов профессиональной деятельности, характерных для инновационной среды промышленных предприятий.
Результаты проведенного исследования могут стать в дальнейшем основой для создания курса физики для различных инженерных специальностей.
Практическая значимость исследования состоит в том, что разработан учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной и профессионально-направленной подготовки по физике студентов инженерно-технических специальностей с применением современных компьютерных технологий, включающий рабочую программу по физике для направления подготовки 657800 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»; задания для практических и лабораторных работ по физике, реализующие взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов, и учебное пособие для преподавателей и студентов технических вузов, в котором изложены основы применения совокупности различных компьютерных технологий при выполнении курсовых и научно-исследовательских работ по физике.
Апробация и внедрение результатов исследования. Для апробации материалы исследования были представлены:
ежегодно на научно-методических семинарах кафедры общенаучных дисциплин Рузаевского института машиностроения (Рузаевка, 2001 - 2006);
на научных сессиях Мордовского государственного педагогического института им. М.Е. Евсевьева и Самарской государственной академии путей сообщения имени М.Т. Елизарова (Саранск, Самара, 2001 - 2006);
на VIII научной конференции молодых ученых Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2003);
на Всероссийской научно-практической конференции «Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» (Саранск, 2003,2005);
на заседании кафедры теории и методики обучения физике МПГУ (Москва, 2006);
на IV и V международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз» (Москва, 2005, 2006).
Исследовательская работа осуществлялась со студентами специальностей 151001 «Технология машиностроения», 151002 «Металлообрабатывающие
станки и комплексы», 110301 - «Механизация сельского хозяйства», 110304 -«Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе», на базе Мордовского государственного университета им. Н.П, Огарева. На защиту выносятся:
Обоснование того, что в инновационной среде промышленных предприятий содержание профессиональной деятельности инженера, основанной на фундаментальных физических теориях, предполагает выполнение новых профессиональных задач, прежде всего, связанных с использованием современных компьютерных технологий. Из них основными являются - эффективное использование компьютерных технологий для расчетов физических параметров технологических процессов, статистической обработки результатов эксперимента и прогнозирования, организация выбора и использование компьютерных технологий при изготовлении изделий, обладающих оптимальными физическими параметрами, создание физических моделей процессов и систем.
Методика обучения физике студентов технических вузов с использованием совокупности различных современных компьютерных технологий, направленная на повышение уровня фундаментальной подготовки студентов и формирование некоторых видов профессиональной деятельности, характерных для инновационной среды промышленных предприятий.
Учебно-методический комплекс для осуществления фундаментальной и профессионально-направленной подготовки по физике студентов инженерно-технических специальностей с применением современных компьютерных технологий.
В целом исследование охватило период времени с 2001 по 2006 гг. и осуществлялось в три этапа.
На первом этапе с 2001 по 2002 г.г. изучалось современное состояние теории и практики обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий: осуществлялся анализ документов по модернизации российского образования, Государственного стандарта высшего профессионального образования, квалификационных характернії
стик, учебных планов и программ по физике для инженерных специальностей, проводился констатирующий эксперимент.
На втором этапе с 2002 по 2003 г.г. определялись теоретические основы построения методики обучения физике студентов инженерных специальностей, проводился поисковый эксперимент - уточнялись цели и содержание обучения, осуществлялся поиск различных организационных форм и методов обучения физике с использованием компьютерных технологий. Проводился анализ компьютерных технологий, и разрабатывалась методика их применения на практических и лабораторных занятиях по физике, при выполнении курсовых и научно-исследовательских работ.
Третий этап (2003 - 2006 г.г.) связан с проведением обучающего эксперимента по проверке выдвинутой гипотезы исследования, статистической обработкой, анализом и обобщением результатов эксперимента. Были опубликованы учебные пособия для студентов инженерных специальностей, осуществлялось внедрение разработанных материалов в практику преподавания технических вузов.
Структура и основное содержание диссертации. Структура диссертации определена логикой и последовательностью решения поставленных задач. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации 218 страниц, основной текст диссертации составляет 186 страниц, приложения - 32 страницы. Работа включает 35 рисунков, 20 таблиц и 4 схемы. Библиографический список содержит 170 наименований.
В первой главе «Состояние проблемы обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий» приведены результаты анализа документов по модернизации российского образования, Государственного стандарта высшего профессионального образования, квалификационных характеристик, учебных планов и программ по физике для инженерных специальностей, литературы по теме исследования, Выявлены причины недостаточной подготовки студентов к применению ком-
пьютерных технологий при решении задач, в том числе профессионального характера в процессе обучения физике. Проанализированы направления совершенствования учебного процесса при подготовке инженеров. При этом показано, что одним из решений проблемы совершенствования процесса изучения физики студентами технических вузов может быть разработка и внедрение методики обучения с использованием современных компьютерных технологий. Приведены данные констатирующего эксперимента, позволяющие судить о недостаточно высоком уровне умений студентов применять современные компьютерные технологи при решении задач по физике с профессиональным содержанием.
Вторая глава «Теоретические основы обучения физике студентов технических вузов с использования современных компьютерных технологий» посвящена разработке методики обучения физике студентов втузов с использованием современных компьютерных технологий. Уточнены цели обучения физике в техническом вузе. Осуществлены отбор содержания обучения физике с применением компьютерных технологий на основе сочетания принципов фундаментальности, профессиональной направленности и информатизации обучения. Обоснована целесообразность использования компьютерных технологий, применяемых в практике инженера, при обучении физике студентов технических вузов.
В третьей главе «Методика применения компьютерных технологий при обучении физике студентов технических вузов» на примере специальностей 151001 «Технология машиностроения», 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы», 110301 - «Механизация сельского хозяйства», 110304 -«Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе» представлена методика проведения практических и лабораторных занятиях по физике, и организация самостоятельной работы студентов (домашние, курсовые и научно-исследовательские работы), в первую очередь предполагающая формирование мотивов применения компьютерных технологий при решении физических задач. Разработаны задания и сформулированы требования к зада-
чам курсовых работ по физике для осуществления фундаментальной и профессионально-направленной подготовки по физике студентов инженерно-технических специальностей с применением современных компьютерных технологий.
В четвертой главе «Оценка эффективности разработанной методической системы обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий» приведено описание организации, методики проведения, оценки и анализа результатов экспериментальной работы по проблеме исследования. Эксперимент включал три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий. В результате опытно-экспериментальной проверке эффективности разработанной методики обучения выявлена положительная динамика влияния компьютерных технологий на формирование интереса к науке, на уровень фундаментальной подготовки студентов и готовности будущего инженера к профессиональной деятельности.
В заключении обобщены и систематизированы результаты диссертационного исследования, даются краткие рекомендации по возможным направлениям развития проведенного исследования.
В приложениях приводятся рабочая программа, задания для практических, лабораторных и курсовых работ.
По теме исследования опубликовано 14 работ [22 - 28, 87 - 93].
Современные требования к подготовке инженерных кадров
Для будущего России большое значение имеет укрепление позиции государства в образовательной сфере, усилении ответственности за ее развитие. Основной задачей модернизации российского образования на период до 2010 г. является создание необходимых условий для сохранения наиболее перспективной части российской науки и системы подготовки научных и производственных кадров, реформирование научно-технологического комплекса и определение приоритетных направлений в научно-технической сфере и концентрации на этих направлениях имеющихся ресурсов [71]. Одно из таких приоритетных направлений в соответствии с Федеральной целевой программой «Университеты России в XXI веке» - создание условий для развития университетов как уникальных центров фундаментальных поисковых исследований и информатизации. Научно доказано, что информатизация образования является одним из важнейших условий успешного развития процессов информатизации общества, т.к. именно в сфере образования подготавливаются и воспитываются те люди, которые не только формируют новую информационную среду общества, но которым также предстоит самим жить и работать в этой новой среде [5].
Целью информатизации высшего образования является реализация социального заказа, обусловленного информатизацией общества. То есть подготовка вузами специалистов, владеющих в своей профессиональной деятельности информационными и компьютерными технологиями. Именно поэтому для реализации комплекса мероприятий по информатизации системы образования в рамках федеральной целевой программы «Развитие единой образовательной информационной среды (2001 - 2005 годы)», федеральной целевой программы «Электронная Россия (2002 - 2010 годы)» необходимо всё большее внедрение компьютерных технологий в курс учебных предметов высшей школы.
Самую масштабную подсистему высшего профессионального образования России в настоящее время представляет собой инженерное образование. Важнейшим направлением Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2010 годы является развитие инженерного образования. Инженерное образование относится к области общенациональных стратегических интересов РФ и в условиях перехода страны к устойчивому развитию инженеры становятся ключевой фигурой в социально-экономической сфере общества. От состава и квалификации инженерного корпуса России самым непосредственным образом зависит ее экономическое положение, безопасность, авторитет на международной арене.
Конкуренция на рынке интеллектуального труда ставит перед инженерными вузами проблемы удовлетворения рыночного спроса на специалистов определенного уровня и качества подготовки. Образовательная политика вуза в этих условиях должна быть направлена на подготовку конкурентоспособных специалистов, социально защищенных качеством и профессионально-деятельностными возможностями своего образования.
Однако успешное решение этих проблем и продуктивную организацию деятельности вуза на рынке интеллектуального труда практически невозможно реализовать только на основе обязательного минимума требований к уровню подготовки выпускников, определяемых государственным стандартом. Решающее значение для реализации доктрины инженерного образования имеет поиск и создание принципиально новых технологических и педагогических решений. По мнению Ю. Похолкова [120] система инновационного инженерного образования - это целенаправленное формирование определенных знаний, умений и методологической культуры, а также комплексная подготовка и воспитание специалистов в области техники и технологии к инновационной инженерной деятельности за счет соответствующего содержания, методов обучения и наукоемких образовательных технологий с использованием современных компьютерных технологий. Поэтому программой предусмотрены меры по расширению подготовки инженеров в области наукоемких производств и ком пьютерных технологий. Это связано с непрерывным увеличением объема информации, изменением содержания знаний, умений и навыков, которыми должны владеть современные специалисты, что в свою очередь обусловлено рядом причин, как социально-экономическими (потребность в инженерах высокой квалификации, способных решать задачи, возникающие на современном производстве), так и техническими (образование новых производственных технологий, внедрение средств и систем автоматизации на базе вычислительной техники во все сферы производства, проектирования, конструирования, в технологические процессы создания и испытания промышленной продукции). Решение этих задач немыслимо без углубленной подготовки выпускников технических вузов в вопросах применения компьютерных технологий при решении профессиональных задач, в частности по физике.
Для достижения нового качества профессионального образования в соответствии с концепцией модернизации российского образования на период до 2010 года будет осуществляться «информатизация образования и оптимизация методов обучения, углубление в высшей школе интеграционных и междисциплинарных программ, соединение их с прорывными информационными технологиями» [71]. Поэтому владение современными компьютерными методами обработки информации и умение применять их в профессиональной деятельности является одним из обязательных требований, предъявляемых к выпускникам технических вузов, закрепленных в государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования [39].
Методика обучения физике студентов технических вузов с использованием современных компьютерных технологий
Обучение физике студентов технических вузов осуществляется на двух различных уровнях. Так как одна из целей курса физики технического вуза -формирование фундаментальных знаний о физических явлениях, законах и теориях, о методах познания в физической науке и формирование научного мировоззрения [12, 86], то первый уровень - инвариантный (базовый), который предполагает решение стандартных задач, включает традиционные лабораторные и курсовые работы по физике. Это демонстрирует то, что специфические требования к курсу физики в техническом вузе не должны осуществляться в ущерб основным задачам этого предмета как фундаментального. При всей важности межпредметных связей нельзя превращать науку в подготовительный учебный предмет для изучения специальных дисциплин. Недопустимо, чтобы исчезли фундаментальные классические эксперименты, некоторые из которых в корне меняли сложившиеся представления в физике. Следовательно, обучение на первом уровне ориентировано на фундаментальную подготовку и осуществляется в соответствии с принципом фундаментальности. Под фундаментальной подготовкой будем понимать ее качество, определяемое приоритетностью в ее целях, содержании и составе основополагающих, долгоживущих, научных знаний и ориентированных на профессиональную деятельность ведущих, в достаточной степени обобщенных умений. Фундаментализация подготовки - это процесс, направленный на обеспечение вышеуказанного качества [67, с.5],
Фундаментальная физическая подготовка предполагает формирование единой системы базовых знаний, выделение в содержании основных закономерностей и научных положений, являющихся основой учебного предмета. Это так называемая инвариантная часть курса физики, содержащая главным образом ядро теории [86].
Но обучение физике студентов технического вуза имеет и специфические цели - создание научной базы студента для изучения общетехнических и специальных дисциплин; формирование видов деятельности, адекватных профессиональной деятельности инженера и др. Поэтому обучение на втором уровне ориентировано на применение физических законов и явлений в профессиональной деятельности. На протяжении всего периода обучения в техническом вузе студенты сталкиваются с междисциплинарными связями - связями между фундаментальными, общетехническими и специальными дисциплинами. Поэтому, построение дидактического процесса на втором уровне следует проводить на основе междисциплинарного подхода и принципа профессиональной направленности обучения. Для этого можно использовать все возможные методы, формы и средства обучения. Как показала практика, использование междисциплинарного подхода и принципа профессиональной направленности помогает учащимся раскрыть взаимосвязь дисциплин, их взаимовлияние. Обучение на данном уровне предполагает структурирование содержания общетехнических и специальных дисциплин, при котором научный аппарат физики становится основной структурной единицей, вокруг которой формируется содержание профессиональной подготовки (варьируемый компонент курса физики) [86]. Именно через содержание такой подготовки и осуществляется принцип профессиональной направленности обучения, который является специфическим принципом для высшей школы, всегда была и будет профессиональной по своей сути и назначению.
Таким образом, при обучении физике студентов технических вузов мы выделяем два уровня. Уровень I - инвариантный, базовый. Уровень II - более высокий в плане содержания, он требует уже более глубоких знаний для осмысления физических законов и явлений в технике.
Однако, в инновационной среде промышленных предприятий содержание профессиональной деятельности инженера, основанной на фундаментальных физических теориях, предполагает выполнение новых профессиональных задач, прежде всего, связанных с использованием современных компьютерных технологий. Поэтому наряду с обозначенными целями обучения физике студентов технических вузов следует считать формирование на профессионально-ориентированном уровне действенных мотивов и устойчивого навыка использования компьютерных технологий при решении физических задач, связанных с дальнейшей профессиональной деятельностью инженера.
Следовательно, ведущими принципами обучения физике в высшей технической школе являются принципы фундаментальности, профессиональной направленности и информатизации, которые относятся к каждому компоненту методической системы обучения физике: к целям, содержанию, методам, формам и средствам обучения.
Содержание обучения физике с использованием компьютерных технологий следует группировать вокруг тем, изучение которых с использованием прикладных программ целесообразно. Отбор такого содержания обучения следует проводить руководствуясь принципами дидактики (научности, системности, доступности, последовательности и др.) а так же
- отбор содержания, соответствующего общим целям профессионального образования, не допускающего снижения уровня фундаментальной подготовки студентов по физике;
- отбор по принципу научной целостности, который означает, что тема, при изучении которой применяются современные компьютерные технологии, является частью учебной дисциплины;
- отбор по принципу обеспечения внутренней логики науки. Т.е. при использовании компьютерных технологий необходимо сохранить логику и последовательность изложения дисциплины в соответствии с ГОС;
- отбор, основанный на использовании современного научного содержания, новых научных достижений, новых компьютерных технологий.
Методика применения компьютерных технологий на практических занятиях по физике
Крайне важно для будущего специалиста уметь применять компьютер как инструмент в решении практических задач. В этом деле огромную роль играет совершенствование их умений решать разнообразные задачи по физике с применением компьютерных технологий. Деятельность, связанная с решением задачи по физике с применением программных средств, не сводится к механическому применению знаний, усвоенных при изучении теории и выполнению расчетной части на компьютере. Она имеет свою структуру, свою ориентировочную основу, в которой теоретические знания выполняют различные функции, связанные с построением модели, отображающей физическое явление, выбором метода расчета, определением изменений, происходящих с объектом во времени и пространстве. Если при изучении теории физические законы выступают сначала в качестве объекта усвоения, а затем как «продукт» познавательной теоретической деятельности - знание теории, то в процессе решения задач оно становятся «орудиями» прикладной, расчетно-графической деятельности, выполняют новые функции.
Рассматривая с различных позиций принципиальные особенности решения задач по физике с применением компьютерных технологий, следует отметить, что персональный компьютер с установленным соответствующим программным обеспечением является лишь инструментом работы и, как каждый сложный инструмент, требует квалифицированного использования. Вместе с тем в учебных планах вузов не предусматривается изучение таких специальных дисциплин, содержание которых способствовало бы формированию и развитию мотивации применения компьютерных технологий при решении физических задач. Обычно студентам предлагается решить некоторую задачу на персональном компьютере или смоделировать физический процесс или явление не объясняя почему именно эта задача, именно этот процесс должны быть рассмотрены с использованием компьютерной технологии. Как представляется, никакие теоретические положения в отрыве от практической деятельности не помогут выработать умения, обеспечивающие системное и обдуманное применение современных компьютерных технологий в курсе физики технического вуза. Да и кроме того, любая дополнительная дисциплина, как правило, приводит либо к перегрузке обучаемых, либо к сокращению объема других дисциплин, что отрицательно сказывается на качестве обучения. Кроме того, использование компьютерных технологий при решении физических задач позволит увеличить количество решаемых задач, расширить и углубить содержание научно-исследовательских задач, повысить наглядность. Но в отведенные программой часы это будет сделать также трудно. С другой стороны, в последнее время Госстандарт выделяет большое количество часов на самостоятельную работу студентов. Поэтому использование современных компьютерных технологий для решения физических задач мы предлагаем осуществлять за счет часов, отведенных на самостоятельную работу студентов. При этом самостоятельные задания должны быть логическим продолже ниєм практических занятий.
Определим условия для успешного решения задач по физике в техническом вузе с применением компьютерных технологий.
При решении задач по физике с использованием современных компьютерных технологий необходимо выстроить иерархию целей: генеральная цель - осмыслить и освоить целостные процесс решения задачи по физике с использованием компьютерных технологий; промежуточные цели — показать возможности компьютерного инструментария при решении базовых и профессиональных задач по физике, научить выполнять каждый этап технологического процесса решения задачи с использованием компьютерных технологий:
Причем, важны не только цели использования компьютерных технологий, но и то, что движет студентом (интересы и мотивы), какие взгляды на использование персонального компьютера он разделяет, как он реагирует на различные ситуации, причем все это рассматривается не по отдельности, а в целом. Поэтому очень важным моментом для повышения эффективности хода решения задач по физике с использованием современных компьютерных технологий является мотивация решения, четкое осознание цели применения компьютерных технологий. Наши эксперименты показали, что четкое осознание цели ускоряет темп решения задачи. Планомерное и целенаправленное осуществление мотивационного обеспечения приучает студентов к постоянному методическому переосмыслению изучаемого материала.
Для формирования мотивации использования персонального компьютера при решении задач по физике мы предлагаем системы вопросов, которые ставит преподаватель перед студентами:
- Какая из задач требует использование программных средств?
- Какие компьютерные технологии Вы бы применили для решения? Почему?
- Какая из задач не может быть Вами решена без использования компьютерных технологий? Почему? - Какая часть задачи будет решена с применением программного обеспечения? Почему?
При обсуждении ответов на эти вопросы значительная роль должна принадлежать попыткам прогнозирования возможного решения задачи с применение компьютерной технологии.
Кроме того, в качестве домашних заданий можно предложить поиск из сборников задач по физике задач:
а) решение которых целесообразно осуществить с использованием со
временных компьютерных технологий;
б) решение которых на данном этапе обучения не возможно без использования современных компьютерных технологий.
А также возможна самостоятельная формулировка студентами физических задач (в том числе и профессионального содержания) решение которых предполагает использование современных компьютерных технологий.
