Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 25
1.1. Общие положения 25
1.2. Обучение физике в техническом университете - основные цели, задачи, и методы 26
1.3. Методологические особенности обучения физике в техническом университете в рамках инновационной системы подготовки специалистов 30
1.4. Информационные технологии в системе проблемно-ориентированного обучения физике в технических университетах 44
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ (МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ) 49
2.1. Общие положения 49
2.2. Психолого-дидактические условия создания проблемных ситуаций проблемно-ориентированного обучения. Основные понятия 54
2.3. Творческая познавательная деятельность, саморазвитие и мотивационные склонности в проблемно-ориентированном обучении физике 72
2.4. Методические резервы проблемно-ориентированной системы обучения физике (ПОСОФ) 80
2.5. Педагогические ресурсы ПОСОФ и возможности их реализации 91
2.6. Концепция и обобщенная модель проблемно-ориентированной системы обучения физике в техническом университете на основе методологии физики 98
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ ПРОБЛЕМНО- ОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ 111
Часть 1. СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ 111
3.1.1. Общие условия проблемно-ориентированного построения обучения физике на практических занятиях 111
3.1.2. Структура проблемно-ориентированного построения содержания обучения физике на лабораторно - практических занятиях. Структурно-уровневый принцип создания проблемных заданий 114
3.1.3. Условия, схемы и примеры «открытия» новых физических эффектов в самостоятельной деятельности студентов, организованной преподавателем. Примеры формулирования учебно-исследовательских проблемных задач в виде проектов 132
Часть 2. ПОСТРОЕНИЕ ВИДЕООБУЧАЮЩЕИ ИНТЕРАКТИВОЙ СИСТЕМЫ (ВОИС) ПО ФИЗИКЕ НА ОСНОВЕ НАГЛЯДНОСТИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ 154
3.2Л. Общие положения. Основные структурные элементы ВОИС 154
3.2.2. Принципы проектирования и реализации видеообучающей интерактивной системы для проблемно-ориентированного обучения физике 166
3.2.3. Использование наглядности и визуализации при реализации дидактических элементов видеообучающей системы 171
3.2.4. Организация учебно-исследовательской познавательной деятельности средствами визуализированных моделей 192
Часть 3. ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННОГО ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА 204
3.3.1.Общие положения 204
3.3.2. Дидактические основы построения проблемно-ориентированного обучения физике в модели композиционного физического практикума 205
3.3.3. Принцип композиционности физического практикума 208
3.3.4. Методология создания композиционных лабораторных работ 211
3.3.4.1.Аппаратное обеспечение 211
3.3.4.2.Программное и методическое обеспечение 212
3.3.4.3. Эксперименты с компьютерной поддержкой 212
3.3.5. Генезис понятия поколения в физическом практикуме 213
3.3.6. Основные характеристики, роль и значение проектно-виртуальных лабораторных работ в схемах проблемно-ориентированного обучения физике. Примеры реализации 219
3.3.7. Дидактические принципы создания композиционного физического эксперимента 229
3.3.8. Пример реализации виртуального лабораторного проекта для проблемно-ориентированного обучения физике 253
3.3.9. Композиционные лабораторные работы по технологии прямого доступа...256 3.3.10.Развитие проблемных ситуаций и методологические аспекты обучения физике нелинейных эффектов в техническом университете 259
3.3.10.1.Примеры реализации нелинейных эффектов в лабораторном практикуме 260
3.3.10.2 Проблемно-ориентированное построение содержания физического эксперимента при поисковой исследовательской работе студентов 270
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ 287
4.1. Структура и основное содержание педагогического эксперимента по проблемно-ориентированному построению содержания обучения физике...287
4.2. Организация опытной проверки 300
4.3. Экспериментальная проверка эффективности применения ВОИС в системе проблемно-ориентированного обучения физике 308
4.4. Исследование мотивации студентов к моделированию проблемных ситуаций при выполнении лабораторных работ : 314
4.5. Методики анкетного анализа системы проблемно-ориентированного обучения физике в техническом университете. Сравнительно-сопоставительный анализ результатов констатирующего и контрольного экспериментов 319
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ 329
ЛИТЕРАТУРА 332
- Обучение физике в техническом университете - основные цели, задачи, и методы
- Психолого-дидактические условия создания проблемных ситуаций проблемно-ориентированного обучения. Основные понятия
- Общие условия проблемно-ориентированного построения обучения физике на практических занятиях
Введение к работе
ВВЕДЕНИЕ
Технические университеты России переживают этап преобразования в инновационные университеты, которые должны осуществлять подготовку специалистов, обладающих значительным творческим потенциалом, способных на базе фундаментальных исследований вести многоплановую научно-внедренческую деятельность по широкому спектру специальностей и наукоемких технологий.
В соответствии с концепцией модернизации российского образования на период до 2010 года, инновационными программами подготовки специалистов эти задачи предполагается выполнять на основе реализации исследовательского, практико-ориентированного, задачного, компетентностного и контекстного подходов к обучению, сочетания фундаментальной и профессиональной направленности образования, усиления творческой учебной деятельности. В свете поставленных задач необходимо отметить, что физика всегда была наиболее эффективной основой промышленного и сельскохозяйственного производства на всех этапах развития общества. Физика имеет богатейший опыт превращения (преобразования) гипотез и научных открытий в реальные приборы и технологии, и ее роль многократно возрастает с развитием информационной среды. Именно поэтому овладение соответствующей методологией физики следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного инженерного образования, вносящего вклад в развитие творческой личности, в оснащение будущего выпускника технического университета современной методологией внедренческой деятельности, готового самостоятельно и квалифицированно решать новые задачи.
Немало значимых исследований в области разработки педагогических технологий в теории и методике обучения физике проведено СВ. Бубликовым [39 и др.], А.С. Кондратьевым [107 и др.], СЕ. Каменецким [98 и др.], В.В. Лаптевым [107, 126 и др.], Н.С. Пурышевой [224 и др.], А.В. Усовой [279, 280 и др.], Н.В. Шароновой [224 и др.] и другими исследователями. На основе результатов их работ решен ряд задач, связанных с подготовкой студентов по физике в техническом университете (А.Е. Айзен-цон [7], Г.В. Ерофеева [78], И.А. Мамаева [168], Л.В. Масленникова [169], А.А. Червова [288] и другие), в том числе касающихся применения ИКТ, системного подхода к обучению физике на основе ИКТ, выяснения роли физической теории, лабораторного практикума, задач по физике с профессиональным содержанием, поисков оптимального сочетания фундаментального и направленно-профессионального обучения.
Внедрение результатов этих работ в учебный процесс технических университетов позволило решить большое число проблем функционирования системы подготовки инженеров, в то же время они не решают в полной мере проблему развития и формирования творчества будущих выпускников технических университетов и организации их самостоятельной поисково - и учебно-исследовательской учебной деятельности, создание критериальной базы для ее оценки. Исследования не затрагивают ряд других, связанных с обучением физике вопросов, таких как: методы реализации единства обучения и саморазвития, технологического обеспечения формирования творческой учебной деятельности при обучении физике, методы комплексного использования ИКТ как методологического регулятора построения содержания лекционных, практических и лабораторно-практических занятий для развития и проявления студентами творческих способностей и индивидуальности и т.д.
В отечественной педагогической науке проблема развития и формирования творчества, вопросы организации учебно-творческой деятельности исследованы Н.Г: Алексеевым [10 и др.], В.И. Андреевым [9 и др.], Н.М. Анисимовым [14 и др.], В.В. Давыдовым [63 и др.], И.Я. Лернером [159 и др.], B.C. Ледневым [158 и др.], В.Г. Разумовским [226 и др.] и другими. Концепция исследовательского обучения физике и исследовательские образовательные технологии даны в работах А.И. Анциферова, А.Д. Гладуна [55 и др.], Г.Г. Никифорова [192 и др.], В.Г. Разумовского [226 и др.], А.В. Усовой [279 и др.], С.А. Хорошавина [286 и др.], Т.Н. Шамало [301 и др.] и других.
Анализ результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента, анализ публикаций, показывают, что, несмотря на особую значимость рассматриваемых проблем, в большинстве технических университетов целенаправленных исследований по проблемам содержания, организационно-процессуальных форм и методов преподавания физики, развивающих творческую учебную деятельность студентов технического университета и соответствующих программе модернизации российского образования, проведено недостаточно. В практике работы большинства технических университетов не уделяется должного внимания сочетанию формирования предметных знаний по физике с организацией творческой самостоятельной деятельностью студентов.
Между тем обсуждаемые вопросы могут быть решены, если изменить содержание и методологию учебного процесса так, чтобы традиционное обучение физике сочетать с развитием и формированием творческой учебной деятельности на всех видах занятий: лекционных, практических и лабораторно-практических на основе ИКТ. Для этого необходимы интеграция и синтез методологических, методических подходов и дидактических принципов в рамках технологических подходов к обучению. Одним из них является проблемно-ориентированная система обучения (ПОСО) физике на основе ИКТ, включающее систему комплексной самостоятельной работы поисково-исследовательского характера.
Под проблемно-ориентированной системой обучения (ПОСО) понимаем обучение физике при интерактивном взаимодействии между субъектами учебного процесса, оперативном управлении методиками и средствами обучения для обеспечения творческой самостоятельной работы студентов, основой которой является поисковая учебно-исследовательская деятельность с использованием ИКТ, ориентированная на овладение методами поиска проблемных ситуаций, и решения задач, соответствующих актуальным вопросам науки и практики.
Возможности ПОСО физике особенно выразительно проявляются и реализуются при системном использовании функций ИКТ. На их основе можно создать условия и ситуации, побуждающие студентов к ответственной самостоятельной учебной, учебно- и научно-исследовательской работе, условий качественно нового формирования их творческой познавательной деятельности. Расширение проблемного поля обучения физике в техническом университете, вследствие применения ИКТ, приближение его содержания к современному уровню научных знаний, использование в учебном процессе методологии физики как науки во всей полноте, требует обучения, ориентированного не только на освоение системы предметных знаний, но и на развитие творчества студентов. В этом случае проблемно-ориентированная система обучения физике на основе ИКТ может быть переведена на уровень инновационной технологии и преобразовать характер обучения в отношении целевой ориентации, способов взаимодействия преподавателя и студента, возможности дифференциации, организации новых форм самостоятельной работы и активного участия студентов в творчестве.
Таким образом, содержание приказов и инструктивных писем Министерства образования и науки, исследований в области подготовки современных инженеров, в т.ч.
зарубежных, инновационных программ российского высшего технического образования (2005-2010 гг.), научных исследований, посвященных проблемам обучения физике, позволяет выделить в существующей системе обучения физике в технических университетах ряд противоречий:
между необходимостью усиления методологической направленности учебного процесса, поддержки эксперимента, связи содержания образования с наукоемкими технологиями, существенно расширяющие тематику проводимых студентами исследований, и преобладанием знаниевого и репродуктивного компонентов в обучении;
между потребностью общества в-специалистах, способных использовать современные физические методы исследования в своих областях деятельности, и существующей методической системы обучения физике в техническом университете, не предусматривающей возможность формирования таких специалистов;
между широким применением в образовании информационных технологий и неопределенности модели их применения в физике для формирования элементов творчества будущих выпускников технических университетов и организации самостоятельной поисково - и учебно-исследовательской учебной деятельности, критериальной базы для оценки такой деятельности.
Из вышеперечисленного становится очевидной актуальность исследования, проблемой которого является поиск ответа на вопрос: какими должны быть концепция, модель, практическая реализация проблемно-ориентированной технологии обучения физике студентов технических университетов и средства ее осуществления.
Объект исследования: процесс обучения физике студентов в технических университетах.
Предмет исследования: методика проблемно - ориентированной системы обучения физике студентов технических университетов.
Цель исследования: теоретическое обоснование, создание концепции проблемно-ориентированной системы обучения физике студентов в техническом университете, а также методики ее реализации.
Гипотеза исследования. Проблемно-ориентированная система обучения физике (ПОСОФ) студентов технических университетов, основанной на использовании ИКТ, будет способствовать повышению эффективности обучения, если:
ее реализовать во всех аспектах образовательной деятельности, содержательном, мотивационном и процессуальном;
использовать дидактические и методические средства ПОСОФ во всех формах и компонентах самостоятельной поисковой познавательной деятельности студентов системно, оптимально, сообразно с логикой и методологией физики;
организовать самостоятельную деятельность студентов на основе соответствующих целям ПОСОФ методических подходов и соответствующих им информационно-технологических средств;
использовать видеообучающую интерактивную систему (ВОИС), в основу которой положить визуализированную модель теоретического, практического знания и вычислительной физики;
применить новые методические подходы и информационные средства для использования в учебно- и научно-поисковой деятельности студентов, а именно: при проведении лекций, практических занятий и лабораторных работ использовать композиционный физический эксперимент (КФЭ), композиционные демонстрации физических экспериментов; ВОИС и КФЭ связать в единый комплекс, системообразующим эле--ментом которого станет ИКТ, использовать непрерывный мониторинг по этапам обучения и тайминг обучающихся.
Под эффективностью обучения понимаем объем знаний, их прочность, умение принимать самостоятельные решения и нести ответственность за их реализацию, мотивацию и интерес к обучению выбранной специальности, развитие творческих способностей. Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
Изучить состояние проблемы подготовки инженеров на базе фундаментальных наук в свете современного этапа развития педагогической науки и требований к подготовке инженеров.
Уточнить понятие ПОСОФ и определить роль и место ИКТ в проблемно-ориентированной системе обучения физике в техническом университете.
Разработать концепцию и модель проблемно-ориентированной системы практических занятий, отвечающих целевым установкам и методологии фундаментального образования применительно к техническому университету.
4. Разработать методику и программно-педагогические средства проблемно-
ориентированного обучения физике в техническом университете, основанные на использовании информационно-коммуникационных технологий.
5.Разработать основы проектирования и реализации информационно-технологических средств, использующих новое программное и методическое обеспечение, и отвечающих целям ПОСО физике в техническом университете.
б.Создать и апробировать программно-методическое обеспечение индивидуальной и групповой самостоятельной деятельности студентов по решению учебно- и научно-исследовательских проблем при обучении физике в техническом университете.
7.Проверить эффективность проблемно-ориентированной системы практических занятий в техническом университете в педагогическом эксперименте.
Методологическая основа исследования послужили общетеоретические исследований: деятельность в обучении и развитии личности (А. Асмолов, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина, Л.С. Выготский, И.Я. Лернер, Д.И. Фельдштейн, Д.Б. Элько-нин и других); технологии применения эвристических методов и развития логического рационального мышления, использования в педагогике понятий инновационной деятельности для построения прогностической модели обучения (В.И. Андреев, Н.М. Анисимов, СВ. Бубликов, В.А. Черкасов и др.) и инновационно-продуктивной деятельности (В.Г. Афанасьев, В.В. Лаптев, В.Я. Ляудис, Н.Д. Никандров и др.); научного творчества (Н.Г. Алексеев, B.C. Леднев, А.Т. Шумилин и другие); дифференцированного обучения (Н.С. Пурышева, Ю.А. Дик); визуального мышления (Р. Арнхейм, З.С. Белова, Н.Е. Важеевская и другие), концепция исследовательского обучения физике и исследовательские образовательные программы и технологии (А.И. Анциферов, А.С. Кондратьев, В.В. Майер, Г.Г. Никифоров, А.В. Усова, С.А. Хорошавин, Т.Н. Шамало, Н.И. Шеффер, А.А. Червова, Л.С. Хижнякова и другие); теории и практики физического и демонстрационного эксперимента (В.М. Зеличенко, В.В. Лаптев, В.Я. Синенко, А.В. Смирнов, Г.П. Стефанова, Т.Н. Шамало и другие), мультимедийной дидактики физики (A.M. Короткое, Е.В. Оспенникова, А.В. Смирнов, В.А. Стародубцев и другие). Большое значение для нас имели философские идеи диалектической теории познания в проблемном обучении: природа проблемного обучения (A.M. Ма-тюшкин, М.И. Махмутов, М.Г. Штракс), проблемная ситуация и проблемная задача (В.Б. Губин, В.Г. Разумовский); идеи и исследования в области теории и методики преподавания физики в техническом университете (Н.С. Пурышева, СЕ. Каменецкий
и другие; а также А.Е. Айзенцон, В.Ф. Взятышев, Ю.П. Дубенский, Г.В. Ерофеева, Л.В. Масленникова, И.А. Мамаева А.И. Пилипенко, А.И. Подольский и другие). Логика и основные этапы исследования
Исследование проводилось с 1992 по 2007 г. в несколько этапов. Первый этап (1992-2000 г.г.) состоял в анализе психолого-педагогической и методической литературы по проблеме, основных концептуальных, нормативных документов, регламентирующих образовательную деятельность в техническом университете на современном этапе, изучении передового педагогического опыта по использованию ИКТ в обучении физике, формулировке исходной гипотезы исследования, цели и задач исследования.
Второй этап (1999-2004 г.г.) посвящен разработке концепции и модели проблемно-ориентированной системы практических занятий по физике в техническом университете, принципов проектирования и представления учебного материала при использовании ИТ - технологий, созданию учебно методического обеспечения ПОСО физике и самостоятельной учебно- и научно-исследовательской работы, адаптации поисковых методов физических исследований к учебному процессу.
Третий этап (2004-2007 г.г.) включал реализацию ПОСОФ в ходе формирующего этапа педагогического эксперимента, внесение необходимых корректив в планирование эксперимента, оценку результативности использования новой технологии обучения, внедрение разработок в педагогический процесс других кафедр и вузов, определение перспектив и направлений дальнейшего исследования проблемы. Научная новизна работы заключается в следующем.
1. В отличие от предшествующих исследований, посвященных методике обучения физике в системе высшего технического образования, где основное внимание уделялось концептуальным основам приобретения обучаемыми знаний по физике, общим методическим подходам их использования в традиционных технологиях, в настоящей работе обоснована возможность проблемно-ориентированной системы обучения физике в современном техническом университете, сочетающей знаниевый и учебно-деятельностный компоненты, включающей в себя самостоятельную учебно - и поисково-исследовательскую работу студентов. На методологическом и организационно-процессуальном уровнях предложено решение проблемы повышения эффективности
подготовки студентов по физике в условиях современной информационной образовательной среды.
2. Разработана концепция проблемно-ориентированной системы обучения физике
студентов технических университетов, которая включает следующие положения:
обучение физике в технических университетах рассматривается как методическая система, состоящая из содержательного, процессуального, диагностического и управленческого компонентов;
методы, формы и средства проблемно-ориентированной системы обучения физике вместе с традиционными адекватны методологической направленности учебного процесса, поддержке эксперимента, связи содержания с наукоемкими технологиями, в т.ч. имеющими социальное значение;
творческую самостоятельную работу студентов, как поисковую учебно-исследовательскую деятельность с использованием ИКТ, ориентированную на овладение методами решения проблем, соответствующих актуальным задачам науки и практики, формирования идей на уровне проекта, обеспечивает интерактивное взаимодействие между субъектами учебного процесса, методиками и средствами обучения, оперативное управление этими ресурсами,;
ИКТ в системе ПОСО реализуются с помощью видеообучающей системой (ВОИС), композиционного физического практикума (КФП) как средства и метода обучения и объединения ВОИС и КФП;
структурные элементы ВОИС и КФП как дидактические носители ПОСОФ, дополнительно содержат ценностно-смысловой, операциональный и учебно-исследовательский компоненты учебного процесса;
поскольку инженер в своей деятельности соотносит физические знания с физиче
скими эффектами с целью рационального преобразования объекта познания, то в
качестве системообразующего подхода применяется структурирование проблемы (П),
проблемной ситуации (ПС) и проблемной задачи (ПЗ) для формирования (формули
рования) физических и инженерных идей на уровне проекта, что предполагает обес
печение условий для рефлексии студента над понятийными отношениями в ряду
явление - проблема, проблемная ситуация, решение задачи.
3. Разработана модель проблемно-ориентированной системы обучения физике,
условия ее проектирования и реализации на основе информационно-технологических
средств ПОСО физике, направленные на формирование у студентов творческого подхода к физическому эксперименту, освоению большого объема информации, способности к ее критическому анализу, поиску нестандартных подходов к решению проблемных задач в учебной деятельности.
Разработана методическая система проблемно-ориентированного обучения физике в технических университетах, особенностью которой является использование видеообучающей интерактивной системы (ВОИС) и оптимальное, отвечающее методологии научного исследования, сочетание натурного, виртуального и вычислительного эксперимента в рамках предлагаемого композиционного физического практикума.
Показано, что интеграция возможностей, которые открывают предлагаемые методические подходы, реализуемые с помощью дидактически и методологически значимых информационно-технологических средств, позволяет повысить эффективность ПОСО физике, осуществить индивидуализацию и дифференциацию обучения, мониторинг учебного процесса, обоснованно формировать студенческие мини-коллективы для самостоятельной работы, объединить обучение и контроль в единый взаимосвязанный процесс.
6. Показано, что проблемно-ориентированная система обучения физике в технических университетах, способствует превращению студента в полноправного субъекта образовательной деятельности, активно участвующего в создании эффективной информационно-образовательной среды и осуществляющего диалогическую субъект-субъектную коммуникацию с преподавателем и другими участниками исследовательского мини-коллектива.
Теоретическая значимость исследования состоит в следующем. 1. Разработаны концепция и модель проблемно-ориентированной системы обучения физике на практических занятиях в техническом университете, отвечающие целям фундаментального образования и обеспечивающие его эффективность при подготовке будущих выпускников. В рамках концепции расширено понятие проблемного обучения путем структурирования проблемы и проблемной задачи субъектами проблемного взаимодействия на основе ИКТ, введено понятие проблемно-ориентированной системы обучения физике, дано его определение.
2. Разработаны основы проектирования и представления содержания учебного и
контролирующего материала, использующие новые методические подходы и информационно-технологические средства, отвечающие проблемно-ориентированной системе обучения физике в техническом университете.
Выявлены и сформулированы условия организации учебной деятельности в ПОСОФ (на основе метода проектов), направленной на приобретение студентами технического университета информационных и исследовательских умений.
Введено понятие и научно обоснованы содержание, структура композиционного физического практикума, сочетающего как единое целое натурный (компьютеризированный), виртуальный эксперимент и компьютерное моделирование, который может служить основой для создания учебной лаборатории нового поколения, ориентированной на учебно - и научно-исследовательскую деятельность студентов технического университета по физике на различных этапах учебного процесса.
Практическое значение работы состоит в том, что основные ее результаты доведены до уровня конкретных методических разработок и рекомендаций, к числу. которых относятся:
Видеообучающая интерактивная система (ВОИС) и композиционный физический практикум (КФП);
учебно-методический комплекс по курсу общей физики для технического университета, основанный на использовании ВОИС и КФП;
учебно-методический комплекс по обеспечению самостоятельной учебно- и научно-исследовательской работы студентов технического университета;
новые дидактические средства:
авторские лабораторные работы для композиционного физического практикума;
композиционный физический практикум как основа учебной лаборатории нового поколения;
учебные пособия (четыре учебных пособия с грифом Минобрнауки, одно с грифом УМО по педагогическим наукам и 2 монографии), среди которых «Физический практикум; часть 1. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика; часть 2. Электричество и магнетизм. Колебания и волны; ч.З: Оптика. Атомная и ядерная физика», «Учебно-дидактический комплекс по физике, чЛ и 4.2».
программное обеспечение наукоемких гуманитарных технологий социального назначения.
Результаты исследования внедрены на кафедре общей физики, теоретической и экспериментальной физики Томского политехнического университета и его филиалах, в Алтайском государственном техническом университете, Кемеровском и Омском государственных университетах. Внедрение позволило повысить эффективность обучения физике студентов. На защиту выносятся следующие положения:
Необходимость обеспечения эффективной подготовки по физике студентов технических университетов делает целесообразным и возможным построение ее системы на основе проблемно-ориентированного обучения и технологических средств современных информационно-коммуникационных технологий.
Проблемно-ориентированная система обучения физике в техническом университете позволяет, формировать у студентов умения находить нестандартные подходы при выявлении проблемных ситуаций, решении познавательных задач при их реализации в виде учебных проектов в условиях самостоятельной поисковой учебнот исследовательской деятельности.
3. Использование в учебном процессе ВОИС, построенной на основе разработан
ных методик проектирования и представления содержания учебного материала, по
зволяет реализовать интерактивный характер обучения, осуществить его индивидуа
лизацию и дифференциацию, обоснованно формировать мини-коллективы для само
стоятельной работы студентов во всех ее видах, объединить обучение и контроль в
единый взаимосвязанный процесс. Структура содержания ВОИС по физике задается
в виде системы обучающих анимированных заданий, снабженных диагностирующим
инструментарием, и включает ориентировочную основу предметной и учебной дея
тельности как результат создаваемого учебного явления и логики его создания; соот
несения физического знания с физическим эффектом; набора приобретенных и апро
бированных в собственном опыте способов учебной деятельности (мыслительных,
организационных, информационных, презентационных и т.д.); приобретения опыта
решения задач в проблемных ситуациях (при целевом структурировании и транс
формировании объекта, при неполноте условий задачи, необходимости принятия
«собственных» решений на основе аналогов, самоконтроля своих действий, на осно
ве вариативных «подсказок», компьютерных экспериментов, тренажеров, снабжен
ных регуляторами и расчетно-программными файлами, задания, ставящие целью
использование научных методов физики в будущей профессиональной деятельности, совместное с преподавателем формирование предметного, операционного и рефлективного обучения познавательной деятельности).
Сочетание натурного эксперимента, виртуального эксперимента и компьютерного моделирования в последовательности и соотношениях, отвечающих поисковому научному исследованию в композиционном физическом практикуме, как источнике знаний и методе обучения, может служить основой учебной лаборатории нового поколения, ориентированной на исследовательскую и проектную деятельность студентов технического университета на различных этапах учебного процесса, в т.ч. при переходе от курса физики к специальным дисциплинам.
Комплексное использование разработанных методических подходов и информационно-технологических средств проблемно-ориентированной системы обучения физике расширяет содержание предметного и исследовательского обучения, путем включения в него изучение и анализ нелинейных физических процессов, основ наукоемких технологий, в т.ч. гуманитарных технологий, имеющих социальное значение.
Содержание и методика проведения проблемно-ориентированных практических занятий по физике при совместном использовании видеообучающей интерактивной системы и композиционного физического практикума как средство формирования у студентов творческих и адаптивных способностей, представлений о сущности рассматриваемых явлений и прогнозирования их развития, может быть реализована благодаря:
применению компьютерных визуализированных моделей,
приобретаемым навыкам и умениям совершенствования программных средств ИТ,
решению учебно-научных и практических нестандартных задач, включающих систему заданий профессионально-ориентированного характера к самостоятельным и проектным работам.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялось: в процессе выступлений на Международных конференциях «Современный физический практикум» СФП - 92, 94, 04, 06 (Москва, 1992, 1994, 2004, Волгоград, 2006); «International conference of engineering education» (Moscow, 1995); «Физическое образование в XXI веке» (Москва, МГУ, 2000); «Элитное техническое образование»
(Москва, 2003); «Социально - культурные и психолого-педагогические проблемы и перспективы развития современного профессионального образования в России (Пенза, 2004); «Физика в системе современного образования ФССО» (СПб, 2005, 2007); «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2004, 2006); «Формирование профессиональной культуры специалистов XXI века в техническом университете» (СПб., 2004); «Современные технологии обучения (СПб., 2003, 2004, 2006); «Высокие интеллектуальные технологии и генерация знаний в образовании и науке» (СПб, 2005); на IV и V Международных научно-методических конференциях (МПГУ, Москва, 2006, 2007);
презентации научно-методических разработок на международной выставке в Германии (Ганновер, 2004, 2006);
во время выступлений на совещании заведующих кафедрами физики технических университетов России (Москва, 2003, 2005); на выездном заседании Президиума методического Совета по физике Зоны Сибирского региона (Томск, октябрь, 2004, Новосибирск, май 2006); на ежегодных Международных научно-методических конференциях Томского политехнического университета (ТПУ) (ежегодно с 1986 по 2006).
ПУБЛИКАЦИИ Основное содержание диссертации отражено в 78 работах объемом 99,1 авторских печатных листов, из которых 22 работы автора опубликованы в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Ниже приведены наиболее существенные из них.
Монографии и учебно-методические работы
1. Ларионов, В.В. Проектирование и реализация технологии проблемно-
ориентированного обучения физике [Текст]. Монография /В.В. Ларионов. - Томск: Изд-
во Том. ун-та, 2006- 282 с. (16 п.л.). - [Сайт интернета] /fulltext/m/2006/ ml 8.pdf.Ларионов, В.В. Методологические основы проблемно-ориентированного обучения физике в техническом университете [Текст]. Монография / В.В. Ларионов. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2007.- 240 с. (15 п.л.).
Чернов, И.П. Физический практикум. Ч.І. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика. [Текст]: Учебное пособие / И.П. Чернов, В.В. Ларионов, В.И. Веретельник. -Томск. Изд-во Том. у-нта. 2004. — 212 с. (11,5 п.л., авторских 60%) - Гриф Минобразования РФ для технических университетов.
4. Чернов, И.П. Физика. Сборник задач. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика [Текст]: Учебное пособие / И.П. Чернов, В.В. Ларионов, Ю.И. Тюрин. - М.: Высшая школа. - 2007. - 410 с. (25 п.л., авторских 40%) - Гриф Минобразования РФ для технических университетов.
5. Тюрин, Ю.И. Физика. Сборник задач (с решениями). Ч.П: Электричество и магне
тизм [Текст]: Учебное пособие / Ю.И.Тюрин, В.В. Ларионов, И.П. Чернов. — Томск. Изд-
во Том. у-нта, 2004. - 448 с.(28,0 п.л., авторских 40%) - Гриф Минобразования РФ.6. Ларионов, В.В. Физический практикум. Часть 2. Электричество и магнетизм. Колеба
ния и волны. [Текст]: Учебное пособие / В.В. Ларионов, В.И. Веретельник, Ю.И. Тюрин,
И.П. Чернов- Томск. Изд-во Том. у-нта, 2004. - 255 с. (16 п.л., авторских 40%) - Гриф
Минобразования РФ для технических университетов; сайт библиотеки ТПУ -
.7. Ларионов, В.В. Физический практикум. Ч.З: Оптика. Атомная и ядерная физика.
[Текст]: Учебное пособие / В.В. Ларионов, В.И. Веретельник, Ю.И. Тюрин, И.П. Чернов. -
Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005.-218 с. (13,6 п.л., авторских 50%).8. Тюрин, Ю.И. Физика. Сборник задач. Ч.Ш: Оптика. Атомная и ядерная физика [Текст]:
Учебное пособие / Ю.И. Тюрин, В.В. Ларионов, И.П. Чернов. - Томск. - Изд-во Том. у-
нта, 2005.-256 с. (16,5 п.л., авторских 28%).9.3еличенко, В.М. Физика в задачах [Текст]: Учебное пособие. Ч.З. Электростатика. Постоянный ток / В.М. Зеличенко, В.В. Ларионов, В.И. Шишковский, - Томск: ТГПУ, 2006. - 212 с. Рекомендовано УМО по специальностям педагогического образования для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 032200 -Физика (12 п.л., авторских 70%).
Статьи в рецензируемых журналах ВАК
10. Ларионов, В.В. Проблемно-ориентированное обучение: управление и психология
[Текст] / В.В. Ларионов // Высшее образование в России. - 2005- № 7.- С.156-159.
0.3 п.л.Ларионов, В.В. Определение концентрации водорода в металлах на классическом приборе Гофмана [Текст] /В.В. Ларионов, A.M. Лидер, И.П. Чернов // Физическое образование в вузах. - 2003 . - Т. 9. - № 2. - С. 91-95. 0.32 п.л. (авторских 60%).
Чернов, И.П. Об эффекте Джоуля-Томсона при радиационном стимулировании выхода водорода из металлов [Текст] / И.П. Чернов, В.В. Ларионов // Физическое образование в вузах . - 2003. - Т. 9. - № 2. - С. 54-58. 0.32 п.л. (авторских 70%).
Ларионов, В.В. Лабораторная работа «Определение длины волны и частоты СВЧ генератора с помощью системы Лехера» [Текст] /В.В. Ларионов, Г.В. Гаранин // Физическое образование в вузах -2004.-Т. 11.-№ 1.-С. 54-58. 0.32 п.л. (авт. 70%).
Ларионов, В.В., Гаранин Г.В., Чернов И.П. Компьютеризированная лабораторная работа по физике «Прецизионное измерение тепловой энергии проточным калориметром» технологии [Текст] / В.В. Ларионов, Г.В. Гаранин, И.П. Чернов // Физическое образование в вузах .- 2004. - Т. 10. - № 1. - С. 103-107. 0.32 п.л. (авторских 60%).
Ларионов, В.В Особенности методического обеспечения преподавания физики в системе открытого образования в области техники и технологии [Текст] /В.В. Ларионов // Открытое образование -2004. - № 4. - С. 15-20. 0.4. п.л.
Чернов, И.П. Компьютеризированные лабораторные работы по физике на базе графической программной технологии. [Текст] / И.П. Чернов, СВ. Муравьев, В.В. Ларионов и др. // Физическое образование в вузах. - 2002. - Т. 8. - № 1. - С. 78 -85. (авторских 60%).
П.Ларионов, В.В. Основные закономерности проектно-ориентированного обучения физике в техническом университете [Текст] /В.В. Ларионов // Известия Томского политехнического университета. Т. 307. -№ 1.-2004. - С. 185 - 188. 0.3 п.л.
18. Ларионов, В.В. Натурно-виртуальный физический практикум для проблемно-
ориентированного и элитного обучения [Текст] / В.В. Ларионов // Известия Томского
политехнического ун-та. Т. 307. - № 3. - 2004. - С. 180-184. 0.3. п.л.19. Ларионов, В.В. Концептуальные аспекты проблемно-ориентированного обучения в
курсе физики технического университета [Текст] / В.В. Ларионов, И.П. Чернов //
Физическое образование в вузах. - 2005. - Т. 11. - № 1. - С. 29-36. 0.45 п.л. (авторских
80%).20. Ларионов, В.В. Использование ядерного реактора и ускорителей заряженных частиц
в социальной сфере [Текст] / В.В. Ларионов, B.C. Скуридин // Физическое образование
в вузах. - 2005. - Т.11. -№ 1. - С. 29-36. 0.5 п.л. (авторских 70%).21. Ларионов, В.В. Экспериментальное обеспечение курса физики при проблемно-
ориентированном обучении бакалавров и инженеров [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В.
Пичугин, И.П. Чернов // Вестник Томского государственного педагогического
университета-2004. -№ 6(43)-С.95-99. 0.32 п.л. (авторских 60%).Ларионов, В.В. Инновационные академические университеты в системе открытого образования: дидактические проблемы физического практикума [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В. Пичугин // Открытое образование. - 2005. - № 3. - С. 4-10. 0.45 п.л. (авторских 70%).
Ларионов, В.В. Теория и практика проблемно-ориентированного изучения физики: новые педагогические технологии в физическом практикуме технических университетов [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В. Пичугин // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т.308. - № 3. - С. 225-231. 0.45 п.л. (авторских 70%).
Ерофеева, Г.В. Согласование курсов естественнонаучных дисциплин и математики в техническом университете [Текст] / Г.В. Ерофеева, И.П. Чернов, В.В. Ларионов // Физическое образование в вузах. - 2001. - Т. 7. - № 2. - С. 129-134. 0.33 п.л. (авторских 30%).
Ларионов, В.В. «Фрактальность» как основной дидактический принцип физического практикума нового поколения [Текст] /В.В. Ларионов, СБ. Писаренко // Педагогическая информатика. - 2006. - №1. - С. 32-38 0.45 п.л. (авторских 70%).
Ларионов, В.В. Концептуальные аспекты соотношения виртуальных и материальных дидактических средств в методике обучения физике [Текст] /В.В. Ларионов // Вестник ЧГПУ. - 2006. - № 6.1. - С. 71-78. 0.5 п.л.
Ларионов, В.В. О новом подходе к принципу наглядности в проблеме соотношения виртуальных и материальных носителей дидактических средств в методике обучения физике [Текст] / В.В. Ларионов, В.М. Зеличенко // Вестник Томского государственного педагогического университета- 2006. - № 6(57) - С. 120-124. 0.35 п.л. (авторских 60%).
Писаренко, СБ. Новая концептуальная модель физического практикума технических университетов [Текст] / В.В. Ларионов, С.Б Писаренко // Известия Томского политехнического университета. - 2006. — Т.310. - № 6. - С. 225-231. 0.45 п.л. (авторских 65%).
Постникова, Е.И. Лекционные занятия по физике в условиях информатизации образования в вузе [Текст] / В.В. Ларионов, Е.И. Постникова // Известия Томского политехнического университета. - 2007. - Т.311. - № 2. - С. 249-253. (поступила в 2006 г.) 0.34 п.л. (авторских 65%).
Ларионов, В.В. Методические основы проблемно-ориентированной системы практических занятий в техническом университете [Текст] / В.В. Ларионов, Н.С. Пурышева // Сибирский педагогический журнал. - 2007. -№ 10. - С 57-70. 0.9 п.л. (авторских 60%).
31. Ларионов, В.В. Лабораторно-проектные работы в системе физического практикума технических университетов [Текст] / В.В. Ларионов, СБ. Писаренко, А.М.Лидер // Физическое образование в вузах. -2007. -Т. 13. -№ 2. - С 69-78. 0.6 п.л. (авторских 70%).
Статьи и тезисы докладов в сборниках трудов и материалах конференций
32. Горячев, Б.В: О законе диффузного отражения излучения рассеивающей средой
[Текст] / Б.В. Горячев, В.В. Ларионов, СБ. Могильницкий, Б.А. Савельев // Оптика и
спектроскопия. - 1986. - Т.60, в. 3. - С. 1069-1071. 0.2 п.л. (авторских 50%).33. Горячев, Б.В. О нарушении принципа взаимности при прохождении излучения через
слоисто-неоднородные рассеивающие среды [Текст] / Б.В. Горячев, В.В. Ларионов, СБ.
Могильницкий, Б.А. Савельев // Оптика и спектроскопия. - 1987. - Т.63, в. 4. - С. 944-955.
0.125 п.л. (авторских 50%).34. Савельев, Б.А.Новый инвариант в задаче о переносе излучения в рассеивающих средах [Текст] / Б.А. Савельев, Б.В. Горячев, В.В. Ларионов и др. // Оптика и спектроскопия.
- 1986. -Т. 59, в. 1. - С. 198-200. 0.125 п.л. (авторских 50%).
! 35. Горячев, Б.В. К оценке отражательной и поглощательной способностей пространст-
венно ограниченных поглощающих и анизотропно рассеивающих сред [Текст] / Б.В. Горячев, В.В. Ларионов, СБ. Могильницкий, Б.А. Савельев // Теплофизика высоких температур. - 1988. - № 5. - С. 1030- 1033. - 0.25 п.л. (авторских 50%).
36. Ларионов, В.В. Проектно-ориентированное обучение физике в системе открытого
образования [Текст] / В.В. Ларионов, СБ.Писаренко // Открытое образование. - 2007. - № 4.- С. 11-15. 0.35 п.л. (авторских 70%).
37. Зеличенко, В.М. Методологические аспекты изучения нелинейных эффектов в общем
\ курсе физики [Текст] / В.М. Зеличенко, В.В..Ларионов // Известия вузов. Физика. - 2007. -№ 8. - С.62-68. 0.5 п.л. (авторских 65%).
Ларионов, В.В. Устройство для демонстрации и измерения параметров стоячих волн в системе Лехера и способ его применения [Текст] / В.В. Ларионов, Ю.И. Тюрин // Патент на изобретение. - № 2275643 от 27.04. 06. - Заявка № 2004138216/28(041557) от 27.12.2004. 0.2 п.л.(авторских 70%).
Кутлин, А.П. Изучение плазмы положительного столба тлеющего разряда зондовым методом [Текст] / А.П. Кутлин, В.В. Ларионов, К.Н. Югай Сб. научно-методических статей «Физика» // М.: Высшая школа, 1977. - Вып. 6. - С. 55-58. 0.25 п.л. (авторских 60%).
Крахмалев, А.С. Изучение нелинейных эффектов в общем курсе физики: проблемы приборного обеспечения [Текст] / А.С Крахмалев, В.В. Ларионов. // Сб. научных трудов 2 -
ой Междунар. науч.- практ. конф. студентов и молодых ученых. - Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - С. 54-56. 0.2 п.л. (авторских 60%).
41. Ларионов, В.В. Видовое информационное поле в инновационной педагогике: состав,'
состав, структура, свойства и применение в тестировании [Текст] / В.В. Ларионов, СБ.
Писаренко //Инновации в образовании. - 2005. -№ 1. - С.55-61. 0.4 п.л. (авторских 60%).42. Ларионов, В.В: О принципах визуализации и наглядности в теории и методике
обучения физике [Текст] / В.В. Ларионов, СБ. Писаренко // Физика в школе и вузе: Между
народный сборник научных статей. - Вып. 4. - СПб.: Изд-во БРАН, 2006: - С152-158. 0.45
п.л. (авторских 70%).43. Ларионов, В.В. Виртуальный лабораторный, практикум по физике в рамках flash -технологий [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В. Пичугин // Инженерное образование. - 2004. - № 2. С130-133.0.25П.Л. (авторских 70%).
44. Ларионов, В.В. Инновационное проектно-ориентированное обучение физике в
лабораторном практикуме по механике в технических университетах [Текст] / В.В. Ларионов
// Преподавание физики в высшей школе. - М.: МПГУ. - 2006. - № 32. - С.94-102. 0.6 п.л.45. Ларионов, В.В. Натурно-виртуальные лабораторные работы по физике в техническом
университете [Текст] / В.В. Ларионов, В.И. Веретельник, И.П. Чернов //Материалы Между7
нар. конф. «Современный физический практикум». - М: Изд. МФО, 2004.' - С 98 . 0.08 п.л.
(авторских 70%).Ларионов, В.В. Формирование системного мышления на занятиях- физического практикума [Текст] / В.В. Ларионов // Сб.статей Междунар. научно-практ. конф. «Социально- культурные и психолого-педагогические проблемы и персп. Развития современного профессионального образования в России. - СПб.; Тула; Тольятти; Пенза, 2004- С 93-95. 0.32 п.л. (авторских 65%)
Ларионов, В.В. Особенности компьютерного тестирования по физике студентов обучающихся технике и технологиям [Текст] / В.В. Ларионов, СБ. Писаренко // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Материалы Международной конференции. Т.1. Волгоград. ВолгГТУ, 2004. - С. 208-212. 0.25п.л. (авторских 70%).
48. Ларионов, В.В. Инновационный физический практикум технического университета на
основе информационных технологий: проблемы формирования и развития [Текст] /В.В.
Ларионов // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике. Сб.
статей IV Всеросс. научн.-техн. конф. - Пенза, 2004. - С. 113-115.0.15 п.л.49. Ларионов, В.В. Проблемно-ориентированное обучение физике в системе подготовки бакалавров и инженеров [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В. Пичугин, И.П. Чернов // Бакалавры,
техники и технологии: подготовка и трудоустройств: Труды Междун. Симпозиума. - М., 2004 - С. 62-64. 0.2 п.л. (авторских 70%).
Ларионов, В.В. Современные требования повышения качества образования и проблемно-ориентированное системно-деятельностное обучение физике [Текст] / В.В. Ларионов, Ю.И.Тюрин, И.П. Чернов // Качество высшего образования и подготовки специалистов к профессиональной деятельности: Труды Междунар. симп. - М.: Изд-во ТПУ, 2005. - С. 268-272. 0.3 п.л. (авторских 60%).
Ларионов, В.В. Дидактические основы современного физического практикума [Текст] / В.В. Ларионов, Д.В. Пичугин // Физика в системе современного образования (ФССО-05): Тезисы докладов Междунар. конф. ФССО-05. - СПб. - РГПУ, 2005. - С. 76-79. 0.09 п.л. (авторских 70%).
Ларионов, В.В. Соотношение компьютерных и реальных экспериментов в лабораторном практикуме по физике [Текст] / В.В. Ларионов, И.П. Чернов, В.И. Веретельник // Труды научно-методической конф.: Образовательные технологии: состояние и перспективы. — Томск: Изд-во ТПУ, 1999. - С. 18-19. 0.09 п.л. (авторских 60%).
Чернов, И.П. Компьютеризированные лабораторные работы третьего поколения по физике как основа информационных технологий элитного образования [Текст] / И.П. Чернов, В.В.Ларионов, В.И. Веретельник // Материалы IX Международной конференции: современные технологии обучения «СТО-2003». - С.Петербург, 2003. - С. 193-194. 0.12 п.л. (авторских 50%).
Chernov, LP. Conception of fundamental education in a technical University [Text] / I.P.Chernov., G.V. Erofeeva, V.V. Larionov // International UNESCO conference of engineering education, Moscow. - 1995. - P.55 - 56. 0.11 п.л. (авторских 40%)
55. Крючков, Ю.Ю. Фундаментальное образование как основа элитного обучения в
техническом вузе [Текст] / Ю.Ю.Крючков, Г.В.Ерофеева, В.В.Ларионов, Л.И.Семкина,
Ю.И.Тюрин, И.П.Чернов // Инженерное образование. - 2004. - № 2. - С. 94-97. 0.25 п.л.
(авторских 35%).Ерофеева, Г.В. Концепция развития естественнонаучного образования в техническом университете [Текст] / Г.В. Ерофеева, В.В. Ларионов, В.А. Стародубцев, И.П. Чернов // Съезд российских физиков-преподавателей «Физическое образование в XXI веке». Материалы съезда. М.: МГУ, 2000. - С.77. 0.08 п.л. (авторских 40%).
Ларионов, В.В. Формы и методы реализации проблемно-ориентированного обучения физике в техническом университете [Текст] / В.В. Ларионов, СБ. Писаренко // Современное
образование: содержание, технологии, качество: Материалы XII Международной конференции. - СПб. - ЛЭТИ, 2006. - С.42-43. 0.12 п.л. (авторских 60%).
Борисов, В.П. Учебно-дидактический комплекс по физике для самостоятельной работы студентов Ч.І. и Ч.П. [Сайт интернета] / В.П. Борисов, В.В. Ларионов, Э.В. Поздеева, Э.Б. Шошин- /fiilltext/m/2005/ ml8.pdf 2.0 п.л. (авторских 60%).
Ларионов, В.В., Писаренко СБ., Лидер A.M. Лабораторно-проектные работы в системе физического практикума технических университетов [Текст] / В.В. Ларионов, СБ. Писаренко, А.М. Лидер // Материалы Междунар. конф. «Современный физический практикум». - М: Изд. МФО, 2004. - С.56-57. 0.09 п.л. (авторских 60%).
60. Ларионов, В.В. Использование среды MACROMEDIA FLASH для обучающего
тестирования по физике [Текст] / В.В. Ларионов, СБ. Писаренко // Физика в системе
инженерного образования России. Тезисы докладов совещания зав. кафедрами физики
технических ВУЗов России. М.: Авиаиздат. 2005. - С. 100 -102. 0.18 п.л. (авторских 60%).61. Ларионов, В.В. Виртуальные дидактические средства физического практикума для
организации самостоятельной работы студентов в техническом университете [Текст] /В.В.
Ларионов, СБ. Писаренко // Материалы V Международной научной конференции «Физиче
ское образование: проблемы и перспективы развития, ч.П.» - М.: МПГУ, 2006. - С.287-294.
0.5 п.л. (авторских 70%).Ларионов, В.В. Композиционные лабораторные работы в среде проблемно-ориентированного обучения физике для подготовки инновационных инженеров [Текст] / В.В. Ларионов, A.M. Лидер, Е.И. Постникова // Материалы VI Международной научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», ч.2.».- М.: МПГУ, 2007. - С66-68. 0.125 п.л. (авторских 70%).
Ларионов, В.В. Концептуальная модель проблемно-ориентированного обучения физике в системе подготовки инновационных инженеров [Текст] / В.В. Ларионов, A.M. Лидер, И.П. Чернов // Материалы IX Международной конференции. - СПб.: РГПУ. - С 249-252. 0.15 п.л. (авторских 70%).
64. Зеличенко, В.М. Методологическая роль композиционного физического практикума
[Текст] /В.М. Зеличенко, В.В. Ларионов, A.M. Лидер // Материалы IX Международной
конференции. - СПб.: РГПУ. - С. 224-227. 0.15 п.л. (авторских 70%).Обучение физике в техническом университете - основные цели, задачи, и методы
Для достижения целей формирования современного специалиста в техническом университете необходимо такое обучение, которое обеспечивает переход, трансформацию одного типа учебной деятельности (познавательный) в другой поисково-исследовательский с соответствующей сменой потребностей и мотивов, целей, действий, средств, предметов и результатов обучения. Анализу современного состояния преподавания физике в техническом университете посвящено большое число работ [6,43, 53, 68, 73-75, 78-81, 87-88, 90, 102, 107, 108-110, 117, 122, 131, 132, 135, 142, 164-169, 194, 199, 221, 222]. Как отмечает А.А. Вербицкий [44], при традиционном обучении возникают противоречия между познавательной и профессиональной деятельностью. При этом выделяют четыре конкретных противоречия:
1. Противоречие между абстрактным предметом учебно-познавательной деятельности и реальным предметом будущей профессиональной деятельности, где знания не даны в чистом виде. Очевидно, что разрешение этого противоречия должно протекать в рамках смены целевой парадигмы учебно-познавательной деятельности.
2. Противоречие между системным использованием знаний в регуляции профессиональной деятельности и «разнесенностью» их усвоения по разным учебным дисциплинам. Это противоречие частично снимается с помощью междисциплинарного принципа обучения [81, 86], технологии проблемно-модульного обучения [297], структурно-логических схем [41, 162, 228, 229, 252, 253] и сквозных программ специальностей [101, 102], интеграции эвристического и технологического подходов [48, 312].
3. Противоречие между индивидуальным способом усвоения знаний и опыта при обучении, и коллективным характером профессионального труда. В предлагаемом нами подходе это противоречие снимается за счет методики корпоративного обу чения [129, 217, 264, 287, 306]. 4. Противоречие между вовлеченностью в процессы профессионального труда всей личности специалиста на уровне творческого мышления и социальной активности и опорой в традиционном обучении, прежде всего на процессы внимания, восприятия, памяти.
Широко распространено представление об учении как о процессе передачи информации от преподавателя к студентам и формирования посредством этого системы знаний, умений, навыков. Практика обучения фундаментальным дисциплинам в техническом университете, как правило, сводится к репродуктивному принципу, когда ориентировочная основа действий задана режимом функционирования по алгоритму. В то же время попытки введения исследовательской основы присутствовали всегда. Однако исследовательский компонент страдал одним существенным недостатком. Он углублял, в основном теоретические знания.
Отсутствие целевой установки, сокращение числа аудиторных занятий в техническом университете, введение информационных технологий и виртуальных работ, которые воспроизвели существующие недостатки, но уже на своем виртуальном уровне, привели к отставанию на дидактическом уровне.
Познавательная деятельность на этапе изучения фундаментальных дисциплин, в частности на практических занятиях, может быть усилена изменением структуры, содержания, целей и способов учебной деятельности. Основой становится принцип: обучая - действуем - создаем, создавая - обучаем.
Согласно В.В. Краевскому [112], принципы педагогики как принципы деятельности создаются с учетом условий и факторов, определяющих конкретные формы обучения, объективно связаны с уже возникшими в обществе требованиями. Поэтому необходимо переосмысливать границы применимости традиционных дидактических принципов (В.М. Монахов [168]) и разработать новые принципы, адекватные инновационному образовательному процессу и инновационным потребностям общества [221, 222]. В связи с этим дидактические принципы фундаментальных и общепрофессиональных дисциплин объединяются общим инновационным принципом [181] . Таким образом, организация информации в образовательной среде технического университета содержит концепцию «реализации широкого спектра действий» (Д.И. Фельдштейн - П.Я. Гальперин - Н.Ф. Талызина), включающих материальную и мате риализованную форму, перцептивную и умственную. Это означает, что следует учитывать границы отдельных форм действий, их сочетания и взаимопроникновение. Перцептивная форма действий в ИОС обсуждается в связи с действиями, совершаемыми с виртуальными моделями на экране монитора. Эта форма действий, в нашей концепции, представляет собой переходный этап к материальной и материализованной формам развития действий [263, 264].
Методика обучения физике в технических университетах как теория образования, обучения и воспитания представляет собой наиболее консервативно-целостную теорию, которая в концепции М.Н. Скаткина - И.Я. Лернера всегда опиралась на теорию информации, кибернетику. Современная информационно-образовательная среда технического университета в основном базируется на применении информационных технологий как прямого, так и виртуального доступа. Происходит видоизменение основных компонент дидактики: лекции-презентации, лекции с обратной связью и практические занятия на основе мультимедийных автоматизированных комплексов. В последнее время на основе ИКТ практикуется применение лабораторно-практических занятий, в которых теория и эксперимент соединена в единое целое [155, 227]. Дидактический анализ совершенствования всех компонентов дисциплины свидетельствует о явно выраженном стремлении визуализировать методическое содержание каждого из них на уровне, приемлемом для высшего образования. Создается система лекций с обратной связью с помощью импортированных в слайд-презентации FLASH-схем для реализации ситуации деятельностного моделирования физического процесса, когда «экспериментатор» лично вмешивается в процесс путем изменения параметров модели, управления сценарием, регулированием его протекания в различных ситуациях.
Психолого-дидактические условия создания проблемных ситуаций проблемно-ориентированного обучения. Основные понятия
Результаты анализа психологических особенностей обучения студентов вузов (В.В. Гузеев [61], В.П. Зинченко [60], С.К. Сергиенко [244], Д.И. Фельдштейн [281], Л.П. Щедровицкий [297] и другие) во взаимосвязи с общедидактическими принципами построения системы обучения студентов в вузе на основе фундамен-тализации (А.Д. Гладун [55], О.Н. Голубева [56], В.А. Сластенин [249], А.А. Червова [288] и др.) и профессиональной направленности (А.Е. Айзенцон [6], Г.В. Ерофеева [78], И.А. Мамаева [168], Л.В. Масленникова [169], Н.В. Шаронова [168] и др.) позволяют найти и определить для достижения целей ПОСОФ следующие критерии сформированности творческой деятельности студентов при обучении физике: 1) единство понятийного знания и знания учебного дела; 2) умение распознавать, описывать, идентифицировать и структурировать проблемы; 3) уверенность при применении научного знания для разрешения проблемной ситуации; 4) самостоятельность в постановке и осмысления проблемной ситуации; 5) методологическое знание вариантов и уровней развития действия; 6) опыт саморегуляции (становление границ собственного знания, внутренней самооценки знаний, направленность мыслительной деятельности на себя). Психолого-педагогические аспекты, психологическое обеспечение усвоения предметных знаний на базе методологии учебно-познавательной деятельности (СИ. Архангельский [19 и др.], Ю.К. Бабанский [22 и др.], П.И. Пидкасистый [211] и др.), реализации единства обучения и саморазвития (В.П. Беспалько [3], И.Я. Лернер [159], М.Н. Скаткин [245] и др.), проявления студентами творческих способностей и индивидуальности (Д. Брунер [33], Л.С. Выготский [50], В.П. Зинченко [60], А.Н. Леонтьев [125, 160], B.C. Леднев [158], В. Оконь [202], Ж.Пиаже [220], Л.А. Пономарев [216], С.Л. Рубинштейн [233], Л.М. Фридман [284] и др.), как свидетельствует констатирующий эксперимент, в их связи с мо-тивационными склонностями и интеллектуальными возможностями студентов технического вуза усиливаются и наиболее выразительно отражаются применением ИКТ. На это обстоятельство указывают ряд исследователей (Ю.А. Горохо-ватский [59] и другие).
Определение проблемной ситуации, где неизвестное выступает на стороне объекта, а потребности и возможности — на стороне субъекта, базируется на ее понимании как психического состояния интеллектуального затруднения при решении проблемной задачи (A.M. Матюшкин [170], М.И. Махмутов [172]). Классификация проблемных ситуаций, введенная A.M. Матюшкиным [171], является сущностным элементом ПОСО так как содержит: плоскость действия (где неизвестным является предмет, способ, условие действия), плоскость развития действия, плоскость трудностей и представляет интерес для развития инновационного обучения физике. Уровни проблемности в обучении, проанализированные В.А. Кру-тецким [113] и Т.В. Кудрявцевым [118], В.Г. Разумовским [225], И.Ю. Соколовой [222, 223] позволяют реализовать постановку и осмысление проблемной ситуации в физических задачах, когда проводится (А.В. Брушлинский [42]) выделение очевидного (выраженного) или неочевидного (невыраженного) противоречия. Структурирование задач и их трансформация в проблемно-ориентированные, где основная задача решается на фоне соподчиненных, необходимо строить на основе идей Г. Пойа [61], С.Л. Рубинштейна [233] Т.В. Кудрявцева [118], В.Г. Разумовского [226].
Таким образом, педагогической основой ПОСОФ может быть концепция И.Л. Лернера [159] о значении содержания проблемного обучения; о развивающей и воспитывающей роли проблемных ситуаций в формировании не только интеллектуальных, но и духовных способностей субъектов проблемного взаимодействия (А.В. Усова [279]; модель личностно-ориентированного обучения физике (СВ. Бубликов [38]), роль и становление субъектов образовательного процесса; представление об инженерном мышлении как о процессе, в котором присутствует творческая составляющая (П.Л. Капица [100]); соотнесение взаимосвязанных физических явлений и эффектов (онтодидактический подход Г.С. Альтшуллера [12], Н.М. Анисимова [15, 16] и других).
Анализ процессуально-содержательных сторон инженерного мышления и этапов мыслительного процесса в условиях применения ИКТ и в единстве познавательных и творческих процессов, возникающих при решении физических задач учебной деятельности будущими инженерами, позволяет сделать вывод о том, что психология инженерного мышления обусловлена специфическими особенностями компьютерного сопровождения наглядно-образного компонента в психологической структуре учебной деятельности будущего инженера, значимостью отношений, поведения, активизации коммуникативности, увеличением информационных, ментальных и мотивационных ресурсов.
Ориентационный стиль мышления у студентов технического университета можно заложить, опираясь на учебное использование средств методологии физики. С другой стороны изучение физических явлений, сопровождаемое структурированием проблемных ситуаций, дает возможность освоить разные уровни методологии в познавательной деятельности на операциональном уровне и по методу проектов. В этой связи совокупность физических, материальных, информационных и мотивационных ресурсов можно рассматривать как инвариантное ядро, перераспределение компонент которого при обучении физике в сторону двух последних может происходить средствами ПОСОФ на основе ИКТ. Наибольший эффект достигается при использовании в схемах ПОСОФ внутренних резервов самого обучаемого (мотивов, интересов, склонностей, эмоций). Мотивационный компонент определяется мотивами, которые характеризуют личную готовность к творческой активности и приобретению опыта ее проявления в разнообразных проблемных ситуациях, отношение к содержанию знания в виде способа его приложения в будущей внедренческой деятельности. Отсюда следует, что структура
Общие условия проблемно-ориентированного построения обучения физике на практических занятиях
Методологические возможности ориентирования по степеням детализации содержания и методов изучения материала на основе изучения действий студента представляет собой методологические основы проблемно-ориентированного построения обучения физике в техническом университете. В этом аспекте ПОСО физике обладает внутренними многоуровневыми дидактическими инструментами, снимающими противоречия между требованиями деятельностной вооруженности будущего инженера и адекватными педагогическими методами их приобретения в процессе обучения.
Схема действия субъектов образовательного процесса связана с межпредметной конструкцией проблемно-ориентированного обучения. Количество элементов схемы определены путем анализа отечественной и зарубежной научно-методической литературы:
1. Общее решение проектной задачи путем нахождения связей в изучаемой физической системе. Выбор моделей и модельных представлений. Составление системы уравнений. Структурирование проблемы и проблемной ситуации [129, 130] в содержательном, развивающем и творческом плане.
2. Составление программы для аналитического расчета и графической интерпретации результатов решения.
3. Построение графиков соответствующими программными средствами.
4. Создание методик расчета, например конкретных магнитных, электрических или иных полей.
5. Расчет погрешностей полей, создаваемых выбранными физическими системами для реализации эксперимента или явления.
6. Выбор существующих аналогов.
7. Проведение корреляционных расчетов.
8. Поиск комбинации безразмерных величин, с целью выяснения состояний и проведения расчетов, различных по своим свойствам систем одними и теми же уравнениями. Применение элементов подобия, направленный анализ для оценки критических явлений (например, управление процессом колебаний с помощью эффекта Кюри [17, 129, 130]).
9. Разработка общей схемы управления виртуальным экспериментом.
10. Практическое применение результатов задачи. Формулирование идей на уровне проекта. Сравнение с аналогами и составление примерного бизнес-плана (предпринимательский подход) на основе межпредметных связей с дисциплиной «Экономика предприятия».
11. Методика решения проблем здесь и сейчас.
12. Технологическое изучение лабораторного исследования явления в процессе приобретения фундаментальных знаний, умений и навыков. Анализ качественной и количественной стороны явления. Сначала определяют его качественную характеристику, т.е. чем оно отличается от других, известных, какова его сущность. Производят осмысливание физической системы или даже выбор ее объектов, т.е. объектов, которые могут входить в данную систему. Далее определяют качественные характеристики этих объектов и рассматривают, в каких физических процессах участвуют объекты сформированной системы [132, 135]. Например, в физическую систему «Оборотный маятник Обербека», предназначенную для исследования основных законов динамики вращательного движения, предлагается включить:
а) изучение влияния момента инерции передающего блока, введенного конструкторами для усиления компактности устройства (средства изучения);
б) способ фиксации грузов, их количество, размер по массе и т.д.
Метод анализа физической ситуации предложенными средствами отвечает на вопросы: с чего начать реализовывать проблемную ситуацию, что и как надо делать при разработке любой проблемно-ориентированной темы.
В учебно-деловой ситуации, предшествующей началу анализа, студент должен (таковы современные правила успеха и деловой предрасположенности) заявить свои претензии на роль в проекте. При этом требуется сформулировать применение наибольшего количества уже полученных знаний, необходимых для реализации поставленной проблемы. Ориентацию на личность каждого участника, его интересы, склонности и способности определяет и корректирует преподаватель. Опыт показывает, что в конкретных ситуациях у обучаемых очень быстро выявляются склонности к решению общих вопросов физики, моделированию, физическому дизайну, визуализированным моделям явлений и др. Информация воспринимается не вся, а в определенном структурном соотношении и композиции. Ибо без определенной дозы информации не усваивается ее другая составляющая. Основная информация вводится по принципу переполнения на эмоциональном и ментальном уровне. Структурирование осуществляется по принципу полноты физической системы.
На этом этапе преподаватель структурирует учебный материал по функциональным компонентам информации и проводит учебно-методический анализ формируемой предметной деятельности. Он определяет: 1) уровни формируемой деятельности; 2) фрагменты деятельностей, которыми владеют обучающиеся; 3) действия и операции, входящие в состав формируемой деятельности. Преподаватель отбирает: 4) предметные ситуации для рассмотрения; 5) критерии оценок правильности выполнения этапов деятельности; 6) способ проверки полученного результата. Он предопределяет: 7) познавательную новизну выполняемой деятельности учения. При проектировании индивидуальной деятельности субъекта в обучении проводят анализ проблем и затруднений, с которыми объективно могут встретиться студенты при выполнении их учебной деятельности.
Система подсказок при компьютерном решении и анализе учебных задач и композиционных лабораторных работ определена нами посредством видеоматериалов [138].
Смысл оперативного руководства индивидуальной деятельностью учения В.Д. Шадриков определил так: «Учитель, как правило, знает, какие процедуры и операции необходимо использовать при решении задачи. Но нужно, чтобы их нашел ученик, а учитель должен создать условия, которые помогут ученику найти эти процедуры и операции» [299, С. 143].
Похожие диссертации на Проблемно-ориентированная система обучения физике студентов в технических университетах
