Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ 14
1. Эффективность обучения и критерии ее оценки 14
2. Преподавание физики с использованием современной вычис лительной техники 24
3. Педагогические программные средства для целей обучения физике 28
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМИТАЦИОННО-МОДЕЛИРУЮЩЕГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ 43
1. Особенности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике 43
2. Имитационно-моделирующие программы в разделе «Элеметы квантовой механики» курса общей физики 56
3. Имитационно-моделирующие программы в разделе «Квантовая механика» курса теоретической физики 76
4. Возможности использования имитационно-моделирующих программ квантово-механических систем в спецкурсах, курсовых и дипломных работах 99
ГЛАВА III. ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕДАГОГИЧЕ СКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 108
1. Организация педагогического эксперимента 108
2. Проведение педагогического эксперимента и его результаты 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
БИБЛИОГРАФИЯ 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 145
- Эффективность обучения и критерии ее оценки
- Особенности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике
- Организация педагогического эксперимента
Введение к работе
Наш век отмечен стремительным ростом знаний о микромире, и большая заслуга здесь принадлежит квантовой механике. Квантовая механика является наиболее общей, на сегодняшний день, теорией, описывающей мир, его составные компоненты - элементарные частицы. Квантовая теория по существу занимается изучением всех процессов, происходящих в микромире. На квантовой механике основано наше понимание всех явлений молекулярной, атомной, ядерной и субъядерной физики. За семьдесят лет существования она превратилась в фундаментальную физическую теорию с глубоко разработанными математическими методами.
Изучение квантовой механики в курсе физики вносит существенный вклад в формирование физического мышления. Именно квантовая механика, на ряде примеров, рассматривает методы проникновения исследователя в микромир, недоступный непосредственно восприятию наших органов чувств, тем самым, укрепляя идею познаваемости окружающего нас мира, его неограниченности, беспредельности процесса познания. Этот раздел хорошо иллюстрирует роль практики, эксперимента как источника знания и критерия истинности наших теоретических представлений. История развития квантовых представлений убедительно демонстрирует метод научного познания: возникновение новых научных фактов и накопление экспериментальных данных, выдвижение гипотез, вывод следствий из них и их проверка в эксперименте, построение последовательной теории, открытие с ее помощью новых, неизвестных до того явлений, создание на основе физической теории новой техники.
На физических факультетах педвузов этот раздел современной физики изучается в курсе общей и теоретической физики. Сама квантовая механика возникла в 20-х годах нашего века в результате анализа накопленного к этому времени экспериментального опыта. Поэтому естественным введением в
квантовую теорию является рассмотрение основных экспериментальных фактов и их интерпретации, которые привели к созданию квантовой механики. Этот материал студенты изучают в курсе общей физики, причем в практике преподавания, в настоящее время, используется, как правило, исторический подход, насыщенный большим количеством экспериментальных данных.
В курсе общей физики студенты знакомятся с фундаментальными теоретическими и экспериментальными работами (Н. Бора, Л. де Бройля, В. Герлаха, А. Ф. Иоффе, А. Комптона, Э. Резерфорда, М. Планка, О. Штерна, А. Эйнштейна и др.). Преподавание общей физики в различных педвузах, а также на различных факультетах одного вуза, может значительно отличаться в силу материально-технической базы кафедры физики, уровня подготовки профессорско-преподавательского состава, различия в учебных программах и т.д. Однако, в этом курсе обязательно рассматриваются эксперименты, доказывающие корпускулярно-волновые свойства элементарных частиц. Большинство из таких экспериментов невозможно продемонстрировать студентам из-за отсутствия требуемого оборудования, несоответствия условий проведения опытов требованиям безопасности и ряда других причин. Поэтому изложение основных вопросов квантовой механики в педвузах невыгодно отличается от других разделов общей физики скудностью демонстраций и лабораторных работ.
Изучение раздела «Квантовая механика» в курсе теоретической физики направлено на выявление физических предпосылок и логической структуры теории. Данная теория использует сложный математический аппарат, с которым обычно связано решение задач в этой области, вследствие чего большинство положений теории излагается, как правило, результативным образом. Это вызывает известные трудности у студентов. С другой стороны, непривычность многих представлений квантовой механики не позволяет преподавателям использовать наглядные образы при изложении учебного материа-
ла. Все выше сказанное, по мнению большинства преподавателей, позволяет охарактеризовать квантовую механику, как один из наиболее сложных разделов современной физики, как с точки зрения его изучения, так и с точки зрения преподавания. Поэтому повышение эффективности обучения такой быстро развивающейся области знаний как квантовая механика требует, прежде всего, новых форм предъявления учебного материала.
С целью повышения эффективности преподавания квантовой механики в педвузе целесообразно использовать, в качестве технического средства обучения, современную вычислительную технику (ВТ). При этом компьютер может использоваться как инструмент в познании закономерностей микромира.
Внедрение новых информационных технологий (НИТ) в практику обучения физики и основам квантовой механики в частности является одной из форм повышения эффективности. Таким образом, переход от традиционной методики преподавания физики к обучению физике с использованием средств вычислительной техники неизбежен, что доказано в работах Л. И. Анциферова, Г. А. Бордовского, В. А. Извозчикова, А. С. Кондратьева, В. В. Лаптева, А. Д. Ревунова, А. М. Слуцкого, А. С. Феофанова, М. Л. Фокина и др. [5, 24, 82, 86, 94, 95,108, 173 и др.].
В последнее время разрабатывается широкий спектр педагогических программных средств (ППС) предназначенных для изучения основ квантовой механики. Возможности использования данного программного обеспечения в учебном процессе достаточно широки, что позволяет не только активизировать и разнообразить различные виды деятельности студентов, но и рассматривать качественно новые учебные задачи, решение которых необходимо для уяснения физического смысла изучаемых явлений.
Среди разработанных ППС наибольший интерес с точки зрения возможностей использования при обучении основам квантовой механики представ-
ляет имитационно-моделирующие программное обеспечение. Вместе с тем, в методике преподавания физики остается нерешенным вопрос об эффективности использования на практике потенциальных преимуществ работы студентов с имитационно-моделирующим программным обеспечением перед традиционной методикой изложения основ квантовой механики. В настоящий момент отсутствует методика использования имеющихся ППС в учебном процессе педвуза при изучении основ квантовой механики, что затрудняет работу как преподавателей, использующих эти ППС, так и разработчиков программного обеспечения.
Поэтому существует необходимость в систематизации ППС, разработанных для использования в учебном процессе педвуза при обучении основам квантовой механики, определении места имитационно-моделирующих программ в этой системе, разработке методики их использования в учебном процессе и оценки ее эффективности.
Кроме того, отметим, что на сегодня сохраняется противоречие между интенсивно разрабатываемым новым программным обеспечением, и отсутствием должного обоснования проблемы перехода от традиционной методики обучения основам квантовой механики к методике обучения с применением средств ВТ.
Все это приводит нас к утверждению, что исследование проблемы применения имитационно-моделирующего программного обеспечения при обучении основам квантовой механики представляется весьма актуальным.
Объектом исследования является процесс обучения основам квантовой механики студентов физических факультетов педвузов с использованием имитационно-моделирующего программного обеспечения.
Предметом исследования является методика использования имитационно-моделирующего программного обеспечения как средства повышения эффективности обучения основам квантовой механики.
Цель исследования: обосновать и разработать методику применения имитационно-моделирующего программного обеспечения для повышения эффективности обучения квантовой механике.
Методологическую основу составили:
концепция системного подхода к анализу проблемы оптимизации педагогического процесса [7, 9,100,112 и др.];
концепция информатизации образования [82, 86, 94, 95, 108, 122 и др.];
достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике [14,19, 31, 53, 55, 62, 62, 64,101,105,106,124,133,147, 170,177 и др.].
Исследование опирается на работы известных ученых в области теоретической и общей физики, а также на частные методики обучения различным дисциплинам с использованием НИТ.
Гипотеза исследования: повышение эффективности обучения основам квантовой механики может быть обеспечено использованием имитационно-моделирующего программного обеспечения.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи исследования:
Проанализировать и исследовать пути повышения эффективности обучения на основе использования средств НИТ.
Обосновать выбранную систему критериев оценки эффективности обучения квантовой механике.
Проанализировать разработанное сертифицированное программное обеспечение с позиций методической целесообразности его применения при изучении квантовой механики.
^ 4. Определить место использования имитационно-моделирующего про-
граммного обеспечения в процессе обучении основам квантовой механики.
Разработать авторские методики использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики.
Экспериментально доказать повышение эффективности обучения квантовой механике при внедрении разработанных авторских методик в процесс обучения квантовой механике в педвузах.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
анализ психолого-педагогической, философской, физической и методической литературы;
наблюдение учебного процесса преподавания квантовой механики в педвузах;
педагогический эксперимент с целью выявления эффективности разработанной авторской методики;
методы математической статистики для обработки результатов педагогического эксперимента.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивается:
- опорой основных положений и научных выводов на достижения педа
гогики, психологии, физики, теории и методики обучения физике и
информатике;
*
адекватностью используемых методов целям и задачам исследования;
корректным проведением экспериментального исследования, применением объективных научно обоснованных качественных и количественных критериев оценки эффективности обучения;
рациональным сочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования;
применением методов математической статистики.
Критерии оценки качества предлагаемой методики:
качество знаний и умений студентов;
положительная динамика развития познавательного интереса студентов;
готовность преподавателей к использованию имитационно-моделирующего программного обеспечения на лекционных и практических занятиях;
заинтересованность преподавателей предлагаемой нами методикой проведения занятий;
доступность необходимых педагогических программных средств, включающих программы имитационного моделирования.
Логика исследования включала следующие этапы:
Ознакомление с проблемой исследования и определение ее внутренних и внешних границ. Анализ философской, физической, методической и психолого-педагогической литературы.
Изучение передового педагогического опыта по проблеме повышения эффективности обучения основам квантовой механики студентов педвузов.
Формирование цели и разработка гипотезы исследования. Поиск адекватных методов исследования.
Исследование возможностей использования педагогического программного обеспечения для повышения эффективности обучения основам квантовой механики студентов педвузов.
Разработка авторской методики обучения квантовой механике студентов педвузов на основе использования имитационно-моделирующего программного обеспечения.
Выбор объективной системы критериев оценки эффективности обучения основам квантовой механике студентов педвузов.
Организация и проведение констатирующего и формирующего этапов педагогического эксперимента.
Обобщение и анализ теоретико-экспериментальных данных.
Проверка выводов исследования в контрольном педагогическом эксперименте.
Научная новизна и теоретическое значение состоят в следующем:
определены возможности имитационно-моделирующего программного обеспечения, адекватные специфики раздела квантовой механики;
выявлены пути применения имитационно-моделирующего программного обеспечения в обучении квантовой механике в педвузах;
разработана новая методика обучения квантовой механике на основе использования имитационно-моделирующего программного обеспечения, способствующая повышению эффективности обучения;
сформулированы методические и технические требования для разработчиков программного обеспечения по разделу квантовая механика.
Практическая значимость исследования заключается в разработке:
методических рекомендаций для преподавателей по использованию имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике;
авторского имитационно-моделирующего программного обеспечения, позволяющего на практике организовать процесс обучения основам квантовой механики с привлечением средств НИТ и повысить его эффективность.
В результате проведенного исследования были выдвинуты следующие положения, выносимые автором на защиту:
1. В условиях всеобщей информатизации системы образования использование имитационно-моделирующего программного обеспечения
при обучении основам квантовой механики позволит повысить его эффективность. 2. Методика использования имитационно-моделирующего программного обеспечения при изучении основ квантовой механики, которая предполагает:
использование имитационно-моделирующего программного обеспечения как рабочего инструмента для анализа физических систем, явлений и процессов, происходящих в микромире;
применение имитационно-моделирующего программного обеспечения на занятиях всех типов: лекционных, семинарских, практических, лабораторных.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялось на базе Магаданского Педагогического Университета. Основные положения и результаты исследования обсуждались на кафедрах информатики, общей и теоретической физики названного вуза (1994-1999 гг.), на зональном совещании преподавателей физики, МПФ и общетехнических дисциплин педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока (г. Барнаул, 1994 г.), на международной научно-практической конференции МПУ (г. Магадан, 1994 г.). А также, основные результаты исследования докладывались на кафедре теории и методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена (1996-1999 гг.), на Герценовских педагогических чтениях по проблемам методики преподавания физики (1996-1999 гг.), на международной конференции-выставке «Информационные технологии в образовании» (г. Москва, 1995 г.), на региональной научно-методической конференции «Современные проблемы физического образования» (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), на научно-практической межвузовской конференции «Физическое образование в школе и вузе» (г. Санкт-Петербург, 1997 г.).
По теме исследования были опубликованы следующие работы:
Развитие творческих способностей студентов при решении физических машиноориентированных задач. //Подготовка студентов к творческой работе в школе: тезисы доклада XXVII зонального совещания преподавателей физики, МПФ и общетехнических дисциплин педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока. -Барнаул, БГПИ. 1994. С.95-98. (Соавтор: Ю. В. Малеваный)
Задачи по физике для компьютера. //Международный университет: Тезисы доклада Международной научно-практической конференции МПУ. -Магадан, МПУ. 1994. С.57-58. (Соавтор: Ю. В. Малеваный)
Интегро-дифференциальный подход проведения лабораторно-практических занятий в учебном процессе. //Информационные технологии в образовании. Тезисы доклада 4-й Международной конференции-выставки. -Москва. Международная академия информатизации. Министерство образования Российской Федерации. КНПП БИТ. 1995. С.7-8.
Использование средств ВТ при изучении темы «Квантовая механика» в педагогических вузах. //Современные проблемы физического образования. Материалы региональной научно-методической конференции. -Санкт-Петербург: Образование. 1997. С. 140-142.
Интеграция курсов «Основы квантовой механики» и «Численные методы» (в аспекте решения дифференциальных уравнений в частных производных) на физических факультетах педвузов. //Вопросы теории и практики обучения информатике. Сборник научных трудов. -Санкт-Петербург, 1997. С.56-58.
Экспериментальный метод оценки устойчивости численных методов при решении одномерного уравнения ІПредингера в курсе «Основы квантовой механики». //Физическое образование в школе и вузе. Ма-
териалы научно-практической межвузовской конференции. -Санкт-Петербург: Образование. 1997. С.128-130.
Имитационное компьютерное моделирование в преподавании квантовой механики. //Преподавание физики в школе и вузе. Материалы научной конференции «Герценовские чтения». -Санкт-Петербург: Образование. 1997. С.150-152.
Интеграция сопряженных частей курсов «Основы квантовой механики» и «Численные методы» на физических факультетах педвузов. //Обучение физике в школе и вузе. Межвузовский сборник научных статей. -Санкт-Петербург: Образование. 1998. С.140-142.
Использование имитационного программного обеспечения при самостоятельном изучении некоторых вопросов курса «Основы квантовой механики». //Физика в школе и вузе. Сборник научных статей. -Санкт-Петербург: Образование. 1998 г. С.150-153. (Соавтор: А. А. Лактионов)
Диссертация состоит из введения, трех глав (9 параграфов), заключения, библиографии и приложения. Работа содержит 151 страницу основного машинописного текста, иллюстрирована графиками, таблицами и рисунками.
Во введении обоснованы актуальность темы, цель и задачи исследования, выделены объект и предмет исследования, раскрыты научная новизна и теоретическое значение работы, практическая значимость полученных результатов, перечислены методы исследования, определены положения, выносимые на защиту, показаны структура диссертации и список работ, опубликованных автором, по теме исследования.
Эффективность обучения и критерии ее оценки
Отечественные и зарубежные исследователи [1, 12, 32, 44, 45, 75, 90, 96, 107, 155, 185 и др.], занимающиеся проблемой внедрения новых информационных технологий в учебный процесс, отмечают, что характерной особенностью настоящего времени во всех сферах образования является поиск способов повышения эффективности и качества обучения путем внедрения в учебный процесс средств его компьютерной поддержки.
В работах по дидактике понятие эффективности рассматривается как общенаучная категория, позволяющая установить значимость выполняемой деятельности обучения посредством соотнесения текущих результатов с теми, которые ожидаются [8, 16, 18 и др.]. Так, например, в работе [16] показано, что эффективность учебного процесса тем выше, чем меньше расхождение между имеющимися и требуемыми результатами обучения.
Практическая задача повышения эффективности процесса обучения является темой многих научно-педагогических исследований [3, 16, 18, 36, 41, 45, 51, 56, 60, 76, 84, 91, 97, 111, 117, 131, 138, 164, 181 и др.]. Большинство работ, в которых затрагивается эта проблема, условно можно разделить на две группы:
- в первую из них войдут такие, в которых рассматривается проблема определения эффективности [15, 18, 46 и др.];
- во второй содержится описание путей практического повышения эффективности обучения [36, 41, 51, 56, 60, 76, 84, 91, 97, 111, 117, 131, 138, 164,181 и др.].
В работах, посвященных проблеме определения эффективности, проводится методологический анализ определения этой категории в дидактике, рассматриваются вопросы оценки эффективности, приводятся критерии, которыми оценивается эффективность обучения.
Вторая группа работ, посвященных эффективности процесса обучения, более многочисленна. К этой группе можно отнести научно-методические разработки по отдельным дисциплинам, целью которых является повышение эффективности обучения данной дисциплине по сравнению с традиционной методикой. Надо отметить, что в последнее время увеличилось количество работ именно этой группы, что обусловлено развитием и совершенствованием технических средств обучения (ТСО), особенно таких аудиовизуальных технических средств, как, например, учебное телевидение, компьютерная техника, локальные и глобальные компьютерные сети и т.д.
Проблему эффективности процесса обучения иногда отождествляют с проблемой успешности усвоения знаний. Наиболее распространенной и часто используемой в этом отношении является концепция, развиваемая В. П. Беспалько [16], согласно которой критерий качества усвоения знаний и критерий эффективности обучения - величины однопорядковые и даже одинаковые. В таком случае проблема определения эффективности обучения, как правило, сводится к тому, чтобы найти способы измерения качества усвоения знаний, умений и навыков (т.к. эффективность характеризуется, с определенной точки зрения, качеством получаемых в обучении результатов). На основе анализа содержания образования и видов знаний современная педагогическая наука выделяет и описывает требуемые качества последних. В исследованиях [8, 16, 18 и др.] сформированные знания учащихся определяются следующими характеристиками качеств знаний: полнота, глубина, вариативность, гибкость, конкретность и обобщенность, свернутость и развернутость, системность, осознанность, прочность.
Особенности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике
Курс «Основы квантовой механики» играет большую роль в системе физического образования педвуза, так как в большой степени способствует формированию современного естественнонаучного мировоззрения, научно-теоретического способа мышления, целостных представлений о современной физической картине мира. Поэтому, важнейшей методической и методологической задачей, стоящей перед преподавателем, прежде всего, является убедительное доказательство студенту простоты и стройности логической структуры квантовой механики, естественности применяемого в ней математического аппарата, ее тесной двусторонней связи с экспериментом [38,135,146,183 и др.].
Элементы квантовой механики на физических факультетах педвузов изучаются во взаимосвязанных курсах общей и теоретической физики. В практике высшей школы изучение квантово-механической теории сталкивается с рядом трудностей, зависящих, с одной стороны, от предварительной подготовки студентов, а, с другой стороны, от того какой курс изучается - курс общей физики или курс теоретической физики. В результате этого материал с трудом усваивается студентами. В зависимости от того, какие трудности испытывают студенты при изучении учебного материала, использование имитационно-моделирующего программного обеспечения в курсе общей физики и в курсе теоретической физики имеет свои особенности. Знакомство с явлениями и процессами, происходящими в микромире, студенты начинают в курсе общей физики при изучении раздела «Основы квантовой механики».
Особенность изучения основ квантовой механики заключается в том, что исследуемые физические процессы и явления не воздействуют на наши органы чувств (опосредовано-конкретная форма наглядности). При изучении других разделов общей физики, например, классической механики студенты имеют дело с непосредственно-конкретной формой наглядности, т.е. когда познаваемые предметы и явления воздействуют непосредственно на наши органы чувств. При изучении физических процессов и явлений, которые не воздействуют на наши органы чувств, большую роль играют модели рассматриваемых объектов, т.к. отсутствуют наглядные образы рассматриваемых процессов и явлений. С учетом сложности математического аппарата, реализация моделей в квантовой механике целесообразна с использованием современной вычислительной техники. Поэтому в последнее время компьютерные модели и имитационное моделирование в частности находят все большее применение при изучении закономерностей происходящих в микромире.
Специфика изучения квантово-механических явлений и понятийного аппарата теории диктует нам необходимость использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики. Особенности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики, прежде всего, характеризуются самой областью изучения, своеобразием и особенностями квантовой теории.
В других разделах физики (например, классическая механика, оптика, статистическая физика) студенты изучают свойства реальных объектов, которые можно мысленно представить. В квантовой механике учащиеся работают с математической моделью физической реальности. Как уже отмечалось выше, нельзя «наглядно» представить физику микроявлений, однако возможности современной вычислительной техники позволяют графически интерпретировать результаты решения уравнений математической физики. Это приближает вычислительный эксперимент к натурному, а диалог между студентом и микрокомпьютером напоминает работу за экспериментальной установкой [88,93,114,115].
В курсе общей физики большое значение имеет экспериментальный метод исследования, так как именно физический эксперимент подтверждает или опровергает истинность той или иной физической теории. Поэтому, изложение любой физической теории сопровождается анализом опытов и экспериментов, которые привели к созданию данной теории и подтверждают ее основные положения.
В отличие от школьного курса физики, преподавание общей физики в различных вузах, и даже на разных факультетах одного вуза, может сильно отличаться. Как отмечалось выше, причиной таких различий может служить имеющаяся материально-техническая база кафедры физики, уровень подготовки профессорско-преподавательского состава, разница в учебных программах и т.д. Однако рассмотрение фундаментальных опытов, которые привели к созданию квантовой теории, является обязательным [2, 23, 26, 43, 50, 68, 69, 71, 78,103, 127,130,136,157,159,160,167,171,172 и др.].
Организация педагогического эксперимента
В процессе исследования нами проводился педагогический эксперимент. В ходе педагогического эксперимента выявлялись новые качественные стороны, формирующиеся у студентов при работе с имитационно-моделирующим программным обеспечением, проверялись и отрабатывались возможные оптимальные формы и методы использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики, а так же изучались методы осуществления межпредметных связей физики и информатики. Экспериментальное исследование проводилось в период с 1996-1999 гг. на различных уровнях учебного процесса:
- как одно из направлений курсов «Численные методы» и «Использование вычислительной техники в обучении физике», со студентами физико-математического факультета Международного Педагогического Университета в г. Магадане;
- в рамках спецкурсов «Численные методы в курсе теоретической физики» и «Основы вычислительной физики», для студентов 4-го курса физико-математического факультета Международного Педагогического Университета в г. Магадане;
- в процессе изложения учебного материала курса общей физики «Основы квантовой механики» и анализа процесса обучения в курсе теоретической физики «Квантовая механика» студентов педвузов.
В качестве объекта проведенного педагогического исследования выступили студенты пединститутов старших курсов физико-математических отделений. Исследование проводилось в естественных условиях, без нарушения хода учебного процесса.
На первом этапе педагогического эксперимента (констатирующий эксперимент) методами теоретического поиска и анализа реального педагогического процесса изучалось состояние проблемы изучения отдельных вопросов квантовой механики. На этом же этапе было проанализировано понятие эффективности учебного процесса и выявлены критерии определения эффективности обучения. С этой целью, был произведен анализ современной психолого-педагогической и научно-методической литературы, в процессе которого определялись критерии оценки эффективности предлагаемых методик обучения основам квантовой механики, рассматривались возможности использования компьютерных технологий обучения, анализировалось роль имитационо-моделирующего программного обеспечения по сравнению с другими педагогическими программными средствами, выявлялись необходимые педагогические условия, методы и средства формирования основных квантово-механических понятий.
В ходе констатирующего эксперимента было определено место и роль в учебном процессе имитационно-моделирующего программного обеспечения среди других типов педагогических программных средств. Были проанализированы возможности имитационно-моделирующих программ в процессе обучения отдельным разделам квантовой механики. Данные обстоятельства требуют от методистов поиска и разработки все новых путей не только использования их всевозрастающего положительного влияния на формирование и развитие знаний студентов, но и разработку своевременных мер для предупреждения возможных негативных процессов.
Анализ научно-методической литературы, различных, порой противоречивых мнений ученых и исследователей по изучаемому вопросу и изучение реального учебного процесса подтвердили тот факт, что компьютерные технологии обучения стали в настоящее время неотъемлемой частью современного учебного процесса. Использование современной вычислительной техники в совокупности с развитым программным обеспечением оказывает несомненное влияние не только на сам процесс обучения, но и на развитие различных качеств всех его непосредственных участников.
Результаты констатирующего эксперимента отчетливо выявляют несоответствие между той ролью, которую играет имитационно-моделирующее программное обеспечение в изучении явлений происходящих в микромире, и тем вниманием, которое уделяется формированию представлений о данном типе моделей в обучении физики. Результаты этой работы представлены в главе I.
В ходе диагностического эксперимента, с целью выявления реальной эффективности традиционной методики обучения и определения основных направлений повышения эффективности обучения, использованы различные методы изучения реального педагогического процесса: наблюдение, массовые опросы (беседы, интервью, анкетирование) студентов и преподавателей.
Анкета для массового опроса преподавателей включала блоки вопросов, позволяющие:
- определить, как на сегодняшний день изучаются основные вопросы квантовой механики в высшей школе;
- выяснить отношение преподавателей к традиционным методам изучения квантовой механики;
- выявить, используют ли преподаватели при обучении основам квантовой механики имитационно-моделирующее программное обеспечение;
- выяснить отношение преподавателей к идее использования имитаци-онно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики.
