WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Методическая система обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах

Автореферат докторской диссертации по педагогике

 

На правах рукописи

Королев Максим Юрьевич

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ

МЕТОДУ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТУДЕНТОВ

ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ

НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ В ПЕДВУЗАХ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (естествознание)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Москва-2012


Работа выполнена на кафедре теории и методики обучения физике

факультета физики и информационных технологий

Московского педагогического государственного университета

Научный консультант: доктор педагогических наук, профессор

ПУРЫШЕВА НАТАЛИЯ СЕРГЕЕВНА

Официальные оппоненты:

доктор философских наук, профессор КНЯЗЕВ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ доктор педагогических наук, профессор ШАМАЛО ТАМАРА НИКОЛАЕВНА доктор физико-математических наук, профессор РУДОЙ ЮРИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ

Ведущая организация:    Забайкальский государственный

гуманитарно-педагогический университет им. Н.Г. Чернышевского

Защита диссертации состоится 26 марта 2012 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, Москва, ул. М. Пироговская, д. 29, ауд. № 49

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Mill У по адресу: 119992, Москва, ул. М. Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан «___ »___________ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                     Л. А. Прояненкова

2


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность темы исследования. XX век кардинально изменил научные представления об окружающем мире. Современная естественнонаучная картина мира сложилась на основе открытий, сделанных в физике, астрономии, биологии, химии, геологии и других естественных науках за последние 100 - ПО лет. Общим свойством всех современных естественнонаучных теорий является их сложность. Для описания соответствующих объектов, явлений и процессов приходится использовать все более сложные математические уравнения, математические объекты и т.п. В связи с этим без математических методов уже невозможно построить не только физические теории, но и биологические, геологические и др. На современном этапе развития естественных наук всё большую роль начинает играть метод моделирования как метод научного познания. Под моделированием понимается изучение объекта путем создания и исследования его копии (модели), сохраняющей некоторые наиболее важные для данного исследования черты, с целью получения новой информации об объекте. На методе моделирования, по существу, базируется любой метод научного исследования, как теоретический, так и экспериментальный. Особенно важно, что во всех естественных науках применяются изоморфные математические модели, математические понятия и операции.

Широкое применение метода моделирования в естественных науках позволяет раскрыть единство законов материального мира. Изучая окружающий нас мир, мы фактически изучаем не сами объекты и явления, а созданные нами соответствующие им модели. Любую научную теорию можно рассматривать как модель, описывающую некоторую совокупность объектов, явлений и процессов реального мира. По мере возрастания наших знаний старая научная теория сменяется новой, более широкой теорией, дающей более точную модель данной части природы. В результате полученная научная картина природы всегда не совпадает с реальным миром. Следовательно, разрабатываемая естественнонаучная картина мира, по сути, является всего лишь моделью окружающего нас мира. Данная модель может развиваться, уточнятся, однако, скорее всего, она навсегда останется только моделью, т.к. наши представления о физической реальности никогда не будут окончательными.

Приоритетными направлениями развития системы высшего профессионального образования являются переход на уровневую подготовку кадров и разработка новых образовательных стандартов - ФГОС ВПО, призванных обеспечить фундаментальность, профессиональную и практическую направленность образования.

Высокий уровень естественнонаучного образования базируется на концепции непрерывного образования, реализация которой в настоящее время в педвузе осуществляется на следующих уровнях образования: бакалавр - магистр, специалист - магистр. В современных, быстро меняющихся условиях, существенно изменились цели и задачи педагогического образования, возросла роль фундаментального образования в подготовке педагогических кадров. Это требует определённой корректировки содержания образования, и в первую очередь, естественнонаучного.   В  связи с ростом  объема информации,  которую  нужно

з


усвоить студентам в период обучения, возрастает роль синтеза естественнонаучных знаний. Необходимы дисциплины, в которых содержание систематизируется за счет целенаправленной реализации интеграционных связей, которые отражают тенденцию к интеграции научных знаний и являются основой для формирования научного мировоззрения, помогают увидеть мир в движении и развитии. Интеграция естественнонаучных знаний и реализация идеи фундаментальности невозможны без использования в обучении общенаучных методов познания, и в первую очередь, метода моделирования. Применение моделирования в образовательной области «Естествознание» очевидно в силу ее сложности и комплексности.

Требования ФГОС ВПО предполагают подготовку и бакалавров, и магистров к решению исследовательских задач, ознакомление студентов с методологией научного познания. Это особенно важно для современного педагогического естественнонаучного образования, т.к. будущие учителя должны владеть современными научными методами и обучать им своих учеников. Изучение студентами методов научного познания будет способствовать развитию теоретического мышления и повышению их общего интеллектуального уровня.

В современных условиях студенты, обучающиеся на естественнонаучных и математических направлениях подготовки в педвузах1, должны уметь пользоваться методом моделирования: различать и уметь строить модели объектов, явлений и процессов; исследовать модели и применять их в своей научной и педагогической деятельности. Способность применять в профессиональной деятельности метод моделирования природных явлений и процессов и математические методы становится одной из важнейших специальных профессиональных компетенций, которые должны формироваться в процессе обучения. Соответственно, необходима корректировка структуры и содержания дисциплин «Физика», «Концепции современного естествознания» и других интегративных естественнонаучных дисциплин в бакалавриате (специалитете) и магистратуре естественнонаучного и педагогического направлений. Содержание образования должно строиться на основе фундаментальных естественнонаучных принципов и стержневых идей. Необходимо перейти к обучению общенаучным методам исследования, в частности, методу моделирования.

При проведении исследования по проблеме обучения студентов естественнонаучных и математических направлений (профилей) методу моделирования в бакалавриате, специалитете и магистратуре было установлено, что студенты слабо владеют методами научного познания, не могут в достаточной мере оценить роль и место общенаучных методов исследований, в том числе и метода моделирования; не могут должным образом находить, оценивать модели природных процессов.

Были также выявлены причины низкого уровня владения студентами методом моделирования. Результаты проведенного нами констатирующего эксперимента свидетельствуют:

Под естественнонаучными и математическими направлениями подготовки в исследовании будут рассматриваться, прежде всего, естественнонаучные (нефизические) и математические профили по направлению «Педагогическое образование», а также другие естественнонаучные (нефизические) и математические специальности и направлениями подготовки в педвузах.

4


  1. несмотря на то, что метод моделирования достаточно широко используется преподавателями при изложении учебного материала по математическим и естественнонаучным дисциплинам, применение этого метода происходит с малой эффективностью; в процессе обучения используются, преимущественно, объяснительно-иллюстративные методы;
  2. существующая методика направляет деятельность студента, в основном, на запоминание теоретического материала; налицо противоречие между потребностью в научно обоснованной методике обучения моделированию и существующими методиками, не позволяющими в полной мере раскрыть все многообразие реализации метода моделирования в учебном процессе вуза.

Таким образом, существующие в настоящее время методики обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах не являются достаточными для того, чтобы обеспечить необходимый уровень образования и профессиональной компетентности выпускников педагогических вузов.

Общим проблемам обучения методу моделирования посвящены исследования СИ. Архангельского, Р.В. Габдреева, СИ. Мещеряковой и др. Также имеются исследования по обучению методу моделирования в школе на уроках математики и физики (СЕ. Каменецкий, Н.А. Солодухин, Л.М. Фридман и др.) и в ВУЗе в курсах математики (В.Р. Беломестнова, А.В. Бобровская, И.В. Каменская, И.А. Кузнецова и др.). В работах рассматриваются, в основном, вопросы обучения математическому моделированию студентов математических и физических специальностей и не затрагиваются другие естественнонаучные специальности. Практически нет исследований, посвященных обучению студентов методу моделирования в курсах физики, естествознания и других интегративных естественнонаучных дисциплин. В имеющихся работах не отражены вопросы, посвященные обучению методу моделирования студентов в условиях уровневой системы высшего профессионального образования.

Анализ состояния проблемы обучения студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах методу моделирования в бакалавриате (специалитете) и магистратуре позволил выявить следующие противоречия:

  1. между возросшими объемами научной информации в области естественных наук, невозможностью донести эту информацию до студентов без использования метода моделирования и других современных методов познания и существующей методикой обучения естественнонаучным дисциплинам, которая не уделяет должного внимания целенаправленному изучению и применению в полном объеме этих научных методов познания;
  2. между возрастанием роли метода моделирования в научных исследованиях и в образовании и существующими теоретическими исследованиями в области методики обучения физике и другим естественнонаучным дисциплинам, не содержащими концептуальных положений, позволяющих построить методику обучения студентов методу моделирования;
  3. между возрастающими требованиями к качеству подготовки профессионально ориентированных специалистов и существующими методиками обучения физике и другим естественнонаучным дисциплинам в педагогическом

5


вузе, не обеспечивающими формирование современных профессиональных знаний, умений и компетенций в области применения метода моделирования в учебном и научном познании на требуемом стандартами уровне.

Необходимость разрешения данных противоречий обусловливает

Актуальность исследования по теме «Методическая система обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах» и его научную проблему, состоящую в поиске ответов на вопросы:

  1. какими должны быть концепция и модель методической системы обучения студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки методу моделирования при изучении физики в педвузе, а также интегративных естественнонаучных дисциплин;
  2. как сформировать у студентов специальные профессиональные компетенции в области применения метода моделирования?

Объектом исследования является процесс подготовки по естественнонаучным дисциплинам студентов педвузов.

Предметом исследования является методическая система обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах в процессе изучения естественнонаучных дисциплин.

Целью исследования является теоретическое обоснование, разработка и реализация концепции методической системы обучения студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах методу моделирования в процессе изучения естественнонаучных дисциплин.

Гипотеза исследования: обучение студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах методу моделирования в процессе изучения естественнонаучных дисциплин будет эффективным, если методическая система обучения методу моделирования будет

-   строиться с учетом системообразующего характера цели обучения

студентов методу моделирования;

  1. направлена на формирование у студентов специальных профессиональных компетенций в области применения метода моделирования и реализовываться в условиях уровневого профессионального образования последовательно как в бакалавриате, так и в магистратуре;
  2. опираться на принципы единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения, интеграции и системности, научности и наглядности;

-   осуществляться с использованием обобщенного приема деятельности

моделирования, в соответствии с которым модельные задачи исследуются по

схеме: содержательная постановка задачи —>¦ концептуальная постановка задачи —>¦

построение математической модели —> выбор методов решения задачи и его

обоснование —>¦ проверка адекватности модели —>¦ анализ результатов

моделирования.

Под эффективностью обучения будем понимать сформированность у студентов специальных профессиональных компетенций в области применения метода моделирования:

  1. способность различать модели и виды моделирования;
  2. способность исследовать модели объектов, явлений и процессов;

б


  1. способность строить математические модели и решать модельные задачи;
  2. способность применять метод моделирования в профессиональной деятельности.

Наличие этих компетенций является одним из показателей сформированности у обучающихся теоретического мышления, а владение ими необходимо для осуществления квалифицированной профессиональной деятельности учителя естественнонаучных дисциплин.

В процессе исследования были поставлены и решены следующие задачи:

  1. Изучить состояние проблемы развития теоретического мышления и обучения современным методам познания, в том числе методу моделирования, студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах.
  2. Разработать концепцию методической системы обучения студентов методу моделирования с учетом уровневой структуры высшего профессионального образования, обосновать и сформулировать принципы отбора и структурирования учебного материала для обучения студентов методу моделирования.
  3. Построить модель методической системы обучения студентов методу моделирования, отражающую структурные компоненты самой системы.
  4. В соответствии со сформулированной концепцией методической системы обучения и созданной моделью разработать и апробировать методическую систему обучения студентов методу моделирования.
  5. Разработать учебно-методическое обеспечение для организации учебной деятельности студентов по овладению методом моделирования.
  6. Провести педагогический эксперимент по проверке гипотезы исследования.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют:

•    Исследования, посвященные различным аспектам метода моделирования:

философские и общенаучные исследования понятий «модель» и «моделирование»

(К.Б. Батороев, В.А. Веников, Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов, К.Е. Морозов, Я.Г.

Неуймин, Е.П. Никитин, А.И. Уемов, В.А. Штофф и др.); научные исследования в

области математического моделирования (А.Н.Боголюбов, А.Б. Горстко, B.C.

Зарубин, В.П. Коробейников, А.Д. Мышкис, Г.И. Рузавин, А.А. Самарский и др.);

психологические исследования по применению метода моделирования в обучении

(Н.М. Амосов, А.Н. Кочергина, Н.Г. Салмина, Л.М. Фридман и др.); педагогические

и методические исследования, посвященные включению научных методов

познания, в том числе, метода моделирования в школьное и вузовское обучение

(В.Р. Беломестнова, А.В. Бобровская, Н.Е. Важеевская, В.Б. Гнеденко, СЕ.

Каменецкий, И.В. Каменская, Ю.А. Коварский, Ю.А. Колягин, А.В. Коржуев, Л.Д.

Кудрявцев, И.А. Кузнецова, Ю.А. Кусый, Т.В. Малкова, А. Г. Мордкович, В.В.

Мултановский, Н.И. Одинцова, А.А. Пинский, Ю.А. Сауров, Н.А. Солодухин, В.А.

Стукалов, Н.В. Шаронова и др.); методические работы, рассматривающие

моделирование как метод исследования закономерностей учебного процесса (СИ.

Архангельский, В.Г. Болтянский, Д.А. Исаев, В.Н. Мизинцев, Ю.О. Овакимян и

ДР·)·

•    Исследования, посвященные различным аспектам мышления:

7


- фундаментальные общенаучные и психологические исследования по проблемам мышления (Л.М. Веккер, Б.М. Величковский, Л.С. Выготский, Д. Дьюи, А.Н. Леонтьев, Л.А. Микешина, А.И. Ракитов, С.Л. Рубинштейн, B.C. Степин и др.); психолого-педагогические и методические исследования, посвященные процессу формирования теоретического мышления (В.В. Завьялов, А.З. Зак, Л.Я. Зорина, В.Н. Мощанский, А.В. Усова и др.).

•    Исследования, посвященные концепции учебной деятельности (П.Я.

Гальперин, В.В. Давыдов, Н.Ф. Талызина и др.).

•  Исследования, посвященные процессам интеграции и дифференциации в

образовании: исследования по дифференцированному обучению (Е.А. Дьякова,

Н.С. Пурышева, И.М. Смирнова, И.Унт и др.); исследования по межпредметным

связям и процессам интеграции fM.H. Берулава, В.А. Далингер, А.Я. Данилюк, И.Д.

Зверев, В.Н. Максимова, И.И. Соколова, Л.В. Тарасов, О.А. Яворук и др.);

исследования, посвященные совершенствованию преподавания физики и других

естественнонаучных дисциплин в педагогических вузах (Г.А. Бордовский, Л.А.

Бордонская, О.Н. Голубева, Ю.А. Гороховатский, Е.Б. Петрова, Ю.Г. Рудой, А.Д.

Суханов и др.).

В исследовании учтены последние тенденции развития системы высшего образования: переход на двухуровневую структуру высшего профессионального образования, принятие ФГОС ВПО, компетентностный подход и др.

При решении задач исследования использовались следующие методы:

  1. теоретические - изучение научной литературы, посвященной современным методам познания и методу моделирования; анализ психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования; общенаучные методы; системный подход; анализ государственных образовательных стандартов, программ, учебных пособий и методических материалов; моделирование методической системы обучения студентов методу моделирования;
  2. экспериментальные - наблюдение, беседа, анкетирование, личное преподавание в колледже и вузе, педагогический эксперимент; обсуждение результатов исследования на семинарах, совещаниях, конференциях.

Исследование проводилось в четыре этапа с 1991 по 2011 годы.

На первом этапе (1991 - 1995 гг.) изучались научные аспекты применения метода моделирования. На этом этапе особое внимание было уделено математическому моделированию в физике (современная теория гравитации). Осуществлялось изучение научной и философской литературы.

На втором этапе (1996 - 2003 гг.) были изучены и проанализированы методические аспекты применения метода моделирования в обучении студентов педвузов. Теоретическое исследование и констатирующий эксперимент позволили выявить причины неудовлетворительного состояния данной проблемы. Проводилось изучение тенденций развития системы высшего образования (начало перехода на многоуровневую систему высшего образования, появление новых интегративных дисциплин и т.д.), существующей педагогической практики. На этом этапе проверялась актуальность темы исследования, были сформулированы гипотеза, цель и задачи исследования, составлен его план.

На третьем этапе (2003 - 2007 гг.) были разработаны основные положения концепции методической  системы  обучения  методу  моделирования  студентов

8


естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах. На основании положений концепции была разработана модель методической системы обучения студентов, сформулированы основные положения методики обучения студентов методу моделирования. Проводился поисковый этап педагогического эксперимента. Начался обучающий этап педагогического эксперимента: внедрялись в процесс преподавания дисциплин «Физика» и «Концепции современного естествознания» для студентов естественнонаучных и математических направлений основные идеи исследования.

На четвертом этапе (2007 - 2011 гг.) продолжался процесс внедрения в учебный процесс основных положений концепции методической системы обучения студентов методу моделирования. Были разработаны и внедрялись в учебный процесс новые интегративные учебные дисциплины для студентов магистратуры, в которых находила отражение концепция методической системы обучения студентов методу моделирования. Проводился обучающий этап педагогического эксперимента, проходила проверка эффективности разработанной методики. Проверка проводилась на базе кафедры физики для естественных факультетов МПГУ и частично в других педагогических вузах. Результаты исследования были апробированы на международных и всероссийских научных конференциях, а также в центральной педагогической печати.

Научная новизна исследования состоит в следующем.

  1. Обоснована необходимость обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах, опирающегося на принципы интеграции, фундаментальности и профессиональной направленности, а также роль метода моделирования в развитии теоретического мышления.
  2. Разработана концепция методической системы обучения методу моделирования студентов, включающая следующие положения:
  1. обучение студентов методу моделирования в условиях уровневого профессионального образования осуществляется и в бакалавриате, и в магистратуре;
  2. метод моделирования как общенаучный метод исследования следует рассматривать в качестве системообразующей, стержневой идеи, объединяющей все естественнонаучные дисциплины, которая способствует интеграции естественнонаучных знаний, усвоению методологии научного познания, развитию теоретического мышления как основы интеллектуального развития;

3)   специальными профессиональными компетенциями в области

применения метода моделирования являются:

  1. способность различать модели и виды моделирования;
  2. способность исследовать модели объектов, явлений и процессов;
  3. способность строить математические модели и решать модельные задачи;
  4. способность     применять     метод     моделирования     в     профессиональной деятельности;

4)   ведущими дидактическими принципами методической системы

обучения студентов педвузов методу моделирования являются: принцип единства

фундаментальности и профессиональной направленности обучения, принцип

межпредметной и внутрипредметнои интеграции, принцип системности, принцип

9


научности,  принцип индивидуализации и дифференциации обучения, принцип наглядности;

5)   фундаментальность естественнонаучного образования предполагает

отбор содержания дисциплин и его структурирование на основе принципов

методологии научного познания. Это означает, что:

  1. студенты должны приобрести определенный уровень теоретического мышления, умение применять общенаучные методы, принципы и теории к анализу частных проблем, обобщать и анализировать экспериментальные факты;
  2. в основу структуры учебной дисциплины должна быть положена логика той науки, которая изучается как учебная дисциплина.

Профессиональная направленность обучения студентов методу моделирования предполагает отражение в содержании соответствующих дисциплин профессионально значимого для студентов данного направления или профиля учебного материала. При этом фундаментальность и профессиональная направленность выступают в единстве;

  1. принцип интеграции естественнонаучного образования предполагает выделение стержневых идей и объединение на их основе, как содержания учебного материала, так и технологий обучения. Для содержания интегративных естественнонаучных дисциплин наиболее важными являются принцип дополнительности, принцип соответствия, принцип симметрии, метод моделирования, математические методы;
  2. принцип системности предполагает в нашем случае систематизацию и углубление знаний на базе модельных представлений. Этот принцип является концептуальной основой для интеграции научного знания в содержании образования, способствует становлению целостности естественнонаучного мировоззрения. На основе принципа системности происходит формирование при обучении связей, адекватных существующим внутри научных теорий.

3. В соответствии с положениями концепции сконструирована модель методической системы обучения методу моделирования студентов педвузах, включающая цели, содержание, ведущие принципы, формы, средства и уровни деятельности студентов в бакалавриате и магистратуре. В рамках этой модели:

1)цели обучения методу моделирования в бакалавриате получают свое дальнейшее развитие в магистратуре;

2) содержание обучения как в бакалавриате, так и в магистратуре имеет

уровневую структуру, включающую базовые и интегративные дисциплины,

  1. в бакалавриате - базовая дисциплина - «Физика», интегративная дисциплина - «Концепции современного естествознания»;
  2. в магистратуре - базовые дисциплины - «Современная физика», «Математические методы в естествознании», методологическая интегративная дисциплина - «Метод моделирования в естествознании», прикладные интегративные дисциплины - «Проблемы астрофизики и космологии», «Физические основы глобальной экологии» и т.д., прикладной лабораторный практикум по естествознанию;

3) ведущими дидактическими принципами обучения в бакалавриате

являются   фундаментальность   и   интеграция,   в   магистратуре   эти   принципы

10


сохраняют   свою   значимость   и   дополняются   принципом   профессиональной направленности;

  1. особыми формами обучения студентов магистратуры применению метода моделирования являются научно-исследовательская работа и практики;
  2. обучение методу моделирования предполагает выполнение студентами деятельности разного уровня
  1. в бакалавриате - репродуктивной и частично-поисковой,
  2. в магистратуре - репродуктивной, частично-поисковой и исследовательской («Естественнонаучный проект» и магистерская диссертация).

4. Разработана методическая система обучения методу моделирования

студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в

педвузах, отличительными особенностями которой являются следующие:

  1. интеграция естественнонаучных знаний в рамках различных учебных дисциплин осуществляется на основе метода моделирования, т.е. систематического отражения при обучении роли метода моделирования в научных исследованиях, в построении научных теорий, в планировании эксперимента.
  2. отбор учебного материала осуществляется в соответствии с поставленными целями и стержневыми идеями, обучение осуществляется в несколько этапов - изучение нового теоретического материала для ознакомления с методом моделирования; освоение общих подходов к применению метода моделирования; применение метода моделирования к решению модельных задач определенного типа; приобретение умений применения метода моделирования в процессе преподавания естественнонаучных дисциплин при выполнении специально разработанных творческих заданий.

5.  Разработано учебно-методическое обеспечение всех естественнонаучных

дисциплин («Физика», «Концепции современного естествознания», «Современная

физика», «Метод моделирования в естествознании», «Проблемы астрофизики и

космологии», «Физические основы глобальной экологии», «История развития

жизни на Земле»), отражающее роль метода моделирования в естественных науках

и направленное на формирование специальных профессиональных компетенций в

области применения метода моделирования. Оно включает учебно-методические

комплексы дисциплин, учебные пособия по лекционному материалу, практическим

и лабораторным занятиям по физике, слайд-лекции для всех интегративных

естественнонаучных дисциплин в магистратуре.

Теоретическая значимость результатов исследования. Результаты исследования вносят вклад в развитие:

  1. теории и методики обучения естественнонаучным дисциплинам в педагогических вузах за счет разработки концепции методической системы обучения студентов методу моделирования и внедрения ее в учебный процесс в условиях уровневой структуры высшего профессионального образования;
  2. теоретических основ формирования теоретического мышления студентов при обучении общенаучным методам познания за счет выделения обобщенных этапов обучения студентов методу моделирования;
  3. теории педагогической интеграции за счет определения требований к структуре и содержанию интегративных естественнонаучных дисциплин;

11


- теоретических основ формирования специальных профессиональных компетенций в бакалавриате и магистратуре за счет определения специфических требований, как к содержанию изучаемых дисциплин, так и к учебно-методическому сопровождению их изучения.

Практическая значимость результатов исследования.

В рамках проведенного исследования:

    • разработана методическая система обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах;
    • разработаны (в соавторстве) магистерские программы: «Современное естественнонаучное образование» в рамках направления 540200 «Физико-математическое образование», «Современное естествознание» в рамках направления 050100.68 «Педагогическое образование», в которых нашли отражение идеи и принципы исследования по обучению студентов методу моделирования; разработаны концепция и учебные планы;
    • разработаны структура и содержание дисциплин «Физика» и «Концепции современного естествознания» для бакалавриата (специалитета), «Современная физика», а также интегративных естественнонаучных дисциплин «Метод моделирования в естествознании», «Проблемы астрофизики и космологии», «Физические основы глобальной экологии», «История развития жизни на Земле» для магистратуры, в которых ведущую роль играет метод моделирования;
    • разработаны учебно-методические комплексы дисциплин подготовки студентов в бакалавриате (специалитете) и магистратуре в педвузах, включающие программы дисциплин, методические рекомендации;
    • разработаны учебно-методические пособия по лекционному материалу, для практических и лабораторных занятий по физике, в которых отражена ведущая роль метода моделирования;
    1. разработаны слайд-лекции для всех интегративных естественнонаучных дисциплин в магистратуре.

    Внедрение разработанных материалов позволяет формировать у студентов перечисленные выше специальные профессиональные компетенции в области применения метода моделирования.

    Апробация и внедрение результатов исследования.

    Основные положения диссертации, теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались на международных, республиканских, региональных и территориальных конференциях и семинарах, в том числе на: международных конференциях «Физика в системе современного образования» (ФССО) (Ярославль, 2001; Санкт-Петербург, 2003, 2005, 2007, 2009; Волгоград, 1997, 2011); международных научно-методических конференциях «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2008, 2009, 2010, 2011); съезде российских физиков-преподавателей «Физическое образование в XXI веке» (Москва, 2000); международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз (НТПФ-IV)» (Москва, 2005); международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» (Беларусь, Минск, 2010); 8-ой Российской гравитационной конференции (Пущино,   1993J;   научно-практической  конференции  «Интеграция

    12


    образования и науки», Москва, 2008; научно-методическом семинаре «Современное состояние преподавания физики для естественных (нефизических) специальностей университетов» (Великий Новгород, 2000); всероссийском совещании-семинаре "Профессиональная ориентация преподавания физики на нефизических специальностях университетов" (Волгоград, 2002); совещании-семинаре «Физика в системе подготовки студентов нефизических специальностей университетов в условиях модернизации образования» (Астрахань, 2004); курсах повышения квалификации ППС МПГУ.

    Результаты исследования внедрены в практику работы кафедры физики для естественных факультетов Московского педагогического государственного университета, в учебный процесс педагогического колледжа №9 «Арбат», факультета довузовской подготовки Московского государственного медико-стоматологического университета, Забайкальского государственного гуманитарно-педагогического университета им. Н.Г. Чернышевского, Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д.Ушинского, Астраханского государственного университета, Армавирской государственной педагогической академии, Челябинского государственного педагогического университета, Волгоградского государственного социально-педагогического университета.

    На защиту выносятся следующие положения.

    1.      Признание цели формирования у студентов специальных

    профессиональных компетенций в области применения метода моделирования как

    системообразующей цели процесса обучения естественнонаучным дисциплинам

    означает, что:

    1. обучение методу моделирования должно представлять собой подсистему многоступенчатой системы непрерывной профессиональной подготовки бакалавров, специалистов и магистров;
    2. метод моделирования должен служить основой интеграции естественнонаучных знаний в рамках различных учебных дисциплин, т.е. получить систематическое и последовательное отражение в теоретическом материале, в практической и экспериментальной деятельности обучаемых, в научных исследованиях;
    3. необходимо осуществлять целенаправленный отбор учебного материала для обучения методу моделирования (содержательный аспект) и поэтапную организацию деятельности обучаемых (процессуальный аспект), включающую: изучение нового теоретического материала для ознакомления с методом моделирования; освоение общих подходов к применению метода моделирования; применение метода моделирования к решению модельных задач определенного типа; использование в процессе преподавания дисциплин естественнонаучного содержания специально разработанных творческих заданий, направленных на формирование умения осмысленно применять метод моделирования.

    2.    Условия уровневого профессионального образования позволяют

    осуществить преемственность обучения студентов методу моделирования, что

    отражается в целевых установках (цели обучения методу моделирования в

    бакалавриате получают свое дальнейшее развитие в магистратуре); в номенклатуре

    дидактических  принципов,   определяющих  как  содержание,  так и технологии

    13


    обучения (ведущими принципами обучения естественнонаучным дисциплинам в бакалавриате должны являться фундаментальность и интеграция, в магистратуре они дополняются принципом единства фундаментальности и профессиональной направленности).

    3. Содержание обучения как в бакалавриате, так и в магистратуре должно

    иметь уровневую структуру, содержащую базовые и интегративные дисциплины:

    •      в бакалавриате - базовая дисциплина - «Физика», интегративная

    дисциплина - «Концепции современного естествознания»;

    •    в магистратуре - базовые дисциплины - «Современная физика»,

    «Математические методы в естествознании», методологическая интегративная

    дисциплина - «Метод моделирования в естествознании», прикладные

    интегративные дисциплины - «Проблемы астрофизики и космологии»,

    «Физические основы глобальной экологии» и т.д., прикладной лабораторный

    практикум по естествознанию.

    1. В основе содержания естественнонаучных дисциплин должны лежать стержневые общенаучные принципы и методы, такие как принцип дополнительности, принцип соответствия, принцип симметрии, метод моделирования, математические методы.
    2. Эффективность обучения студентов решению задач с применением метода моделирования достигается при использовании обобщенного приема, в соответствии с которым модельные задачи строятся по схеме: содержательная постановка задачи —> концептуальная постановка задачи —> построение математической модели —> выбор методов решения задачи —> поиск решения задачи —>¦ проверка адекватности модели —>¦ анализ результатов моделирования.
    3. Обучение методу моделирования предполагает постепенное усложнение характера деятельности студентов: от репродуктивной и частично-поисковой в бакалавриате к частично-поисковой и исследовательской в магистратуре. В связи с этим особой формой обучения студентов методу моделирования в магистратуре становятся научно-исследовательская работа и практика. Составной частью научно-исследовательской практики является «Естественнонаучный проект», а ее итогом -магистерская диссертация.

    Содержание и структура диссертационного исследования обусловлены его целями и задачами. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографии и 5 приложений. Основной текст занимает 408 страниц, содержит 25 схем, 16 рисунков и 10 таблиц. Библиография включает 438 наименований.

    ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

    Во введении обоснована актуальность исследования, посвященного разработке методической системы обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах в условиях уровневой системы высшего профессионального образования. Определены объект, предмет, цели и задачи диссертационного исследования, раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость результатов исследования, приведены сведения об апробации результатов работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

    14


    В   первой   главе   «Моделирование   как   метод   научного   познания»

    проводится методологический анализ понятий «модель» и «моделирование», широко представлен обзор философских и общенаучных аспектов метода моделирования, а также его применения в естественных науках. Модель - это объект любой природы, сохраняющий некоторые важные для данного исследования черты объекта-оригинала и способный замещать его с целью получения новой информации об объекте. Метод моделирования - это изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его модели.

    Метод моделирования является одним из основных общенаучных методов познания. В настоящее время без метода моделирования практически невозможно построить новую теорию, провести сложный эксперимент, изучить необычное явление и т.д. Анализ различных классификаций видов моделирования позволяет представить их в виде достаточно простой схемы, изображенной на схеме 1. Данные виды моделирования и соответствующие им модели будут в дальнейшем рассматриваться в диссертационном исследовании.


    Виды моделирования

    Физическое (натурное)

    Знаковое


    1


    Компьютерное             -*


    Математическое


    Схема 1. Классификация видов моделирования

    Современную науку невозможно представить без широкого применения метода математического моделирования. В современной физике математика - это наиболее адекватный язык для формулирования основных законов. Поэтому метод построения и анализа математических моделей играет огромную роль при исследовании физических объектов и явлений.

    Особым видом моделирования является мысленный эксперимент, который также широко используется в науке. История науки дает множество примеров успешного применения мысленных экспериментов, основанных на построении идеальных моделей и оперирования с ними в процессе формирования теоретических идей.

    Ценность всякой абстрактной модели определяется тем, насколько она полезна для изучения реального мира. Модель хороша лишь в том случае, если ее изучение открывает какие-то новые важные свойства моделируемых объектов, которых мы не знали при построении модели. При этом модель не должна быть слишком сложной, иначе она будет недоступна для точного математического исследования.

    Таким образом, моделирование выступает и как процесс углубления наших знаний об окружающем мире, и как критерий проверки истинности этих знаний, и

    15


    как источник новых теорий. Это подтверждает необходимость обучения студентов методу моделирования.

    Во второй главе «Теоретическое мышление как основа формирования научного мировоззрения» проводится анализ видов и форм мышления, а также значение теоретического мышления для формирования научного мировоззрения.

    Мышление раскрывает закономерности действительности. С помощью мышления человек познает общие свойства и отношения, выделяет среди этих свойств существенные, определяющие характер объектов. Это позволяет предвидеть результаты наблюдаемых событий и явлений, планировать свои действия с объектами окружающего мира. Все это осуществляется с помощью мыслительных операций: сравнения, анализа и синтеза, аналогии и моделирования, абстракции, обобщения и конкретизации.

    Мышление - это непрерывное взаимодействие мыслящего субъекта с объектом познания. Оно всегда осуществляется в целях разрешения некоторой проблемы, а сама проблема возникает из проблемной ситуации. Мышление основано на анализе и синтезе и имеет своим результатом новое обобщение. Таким образом, можно считать, что проблемность, анализ и синтез, обобщенность являются общими психологическими закономерностями мышления. В многообразных явлениях мышления различают мыслительную деятельность, мыслительные действия, мыслительные операции, формы мышления, виды мышления. Постижение объективной действительности осуществляется посредством форм мышления. К ним относятся: суждение, умозаключение, определение понятий, индукция, дедукция.

    Наиболее высоким уровнем мышления является теоретическое мышление. Оно связано с теоретической деятельностью, направленной на разрешение отвлеченных теоретических задач, лишь опосредованно связанных с практикой. Теоретическое мышление — это мышление, оперирующее абстрактными понятиями, раскрывающее закономерности объекта исследования, связанное с построением логических умозаключений и принятием обоснованных решений. Теоретическое мышление опирается на метод моделирования. Познаваемый объект замещается системой абстракций, которая выступает идеализированным объектом. Одним из наиболее важных видов таких объектов является модель. Введение теоретических понятий, построение мысленных моделей, гипотез и теорий является результатом теоретического мышления, которое, к тому же позволяет предсказать новые явления, сформулировать законы. Формирование теоретического мышления возможно при включении в обучение метода моделирования и модельных задач. По мере формирования теоретического мышления все больше осознаются обобщенные закономерности явлений.

    Для повышения качества высшего образования наиболее важными и актуальными являются задачи формирования теоретического мышления и мировоззрения студентов, овладение ими методами научного познания природы.

    В третьей главе «Фундаментализация и интеграционные процессы в естественнонаучном образовании» рассматриваются процессы дифференциации и интеграции в науке и образовании. Большое внимание уделяется интеграции естественнонаучных дисциплин на основе общих теоретических и экспериментальных методов исследования и, в первую очередь, на основе метода

    16


    моделирования. Рассматривается роль фундаментализации и профессиональной направленности в условиях уровневой системы высшего профессионального образования.

    Развитие науки характеризуется диалектическим взаимодействием двух противоположных процессов - дифференциацией (выделением новых научных направлений) и интеграцией (синтезом знания, объединением ряда наук). В основе процесса интеграции наук лежат общие теоретические и экспериментальные методы исследования, метод моделирования, общие принципы - системности, эволюции, соответствия, синергетики. Под интеграцией содержания образования понимается процесс и результат взаимосвязи, взаимопроникновения, взаимодействия и синтеза знаний, способов и видов деятельности с целью создания их целостной системы.

    Интеграция естественнонаучного образования предполагает проведение через все обучение общенаучных принципов и методов, которые являются стержневыми. Одним из важнейших стержневых методов, как теоретических, так и экспериментальных, является метод моделирования, который объединит все дисциплины специальной и профессиональной подготовки студентов вузов, существенно повысит фундаментальность высшего естественнонаучного образования, позволит применить данный метод при разработке интегративных естественнонаучных дисциплин и обучении студентов естественнонаучных и математических специальностей и направлений. Осуществление интеграции предметов естественнонаучного цикла на основе системного подхода, межпредметных связей и дидактического синтеза будет способствовать формированию у студентов целостной естественнонаучной картины мира.

    Приоритетным направлением совершенствования вузовского образования и повышения его качества является фундаментализация образования. Особую значимость проблема фундаментализации приобретает в системе высшего педагогического образования. Это обусловлено, прежде всего, особенностями профессиональной деятельности современного педагога, которая должна быть в значительной степени наукоемкой и творческой. Современный учитель должен владеть не только системой научного знания, но и методологией исследования. Фундаментализация естественнонаучного педагогического образования, на наш взгляд, должна опираться на: фундаментальные физические знания (теоретические и экспериментальные) как основы всех естественных наук; фундаментальные общенаучные методы исследования, в первую очередь, - метод моделирования; широкое использование математических методов.

    Фундаментализация естественнонаучного педагогического образования предполагает:

    1. углубление и расширение фундаментальной подготовки при сокращении общих и обязательных дисциплин за счет строгого отбора учебного материала, в основу которого должны быть положены научно обоснованные современные знания, фундаментальные принципы и универсальные закономерности, а также отражения общенаучных методов исследования, и в первую очередь, метода моделирования;
    2. увеличение числа дисциплин по выбору, факультативных курсов, индивидуальных траекторий обучения студентов;
    3. непосредственное участие студентов в научных исследованиях.

    17


    Усиление          фундаментальности           образования         и         интеграция

    естественнонаучного и математического знания возможны, в частности, с помощью создания системы интегративных курсов: «Математические методы в естественных науках», «Математическое моделирование в естествознании». При формировании фундаментальных естественнонаучных понятий и применении их для объяснения сущности законов и теорий, общих для дисциплин естественнонаучного направления актуальным является обучение методу моделирования и использование различных типов моделей.

    В четвертой главе «Концепция и модель методической системы обучения студентов методу моделирования» обосновываются и описываются концепция и модель методической системы обучения студентов методу моделирования. Проводится анализ психологических и научно-методических исследований по проблеме использования метода моделирования в учебном процессе. На наш взгляд, необходимо выделить следующие психолого-педагогические аспекты применения метода моделирования в обучении:

    1. способ формирования теоретического мышления и активизации мыслительной деятельности,
    2. цель и средство учебного познания, повышения эффективности усвоения новых знаний, высшая ступень реализации принципа наглядности,
    3. средство обобщения наблюдаемых и изучаемых фактов и явлений, интеграции естественнонаучных знаний.

    Введение в содержание образования понятий модель и моделирование, выяснение сущности и роли моделирования в научном познании меняет отношение к учебной дисциплине, к процессу обучения, делает учебную деятельность более осмысленной и продуктивной. Задача обучения моделированию и его использования в учебном процессе возникает в разных учебных дисциплинах: математике, физике, химии и т.д. В процессе моделирования объектов, имеющих различную природу, качественно новый характер приобретают интеграционные связи, объединяющие различные отрасли знаний посредством общих законов и методов исследования. Метод моделирования как ведущий метод познания способствует формированию целостной естественнонаучной картины мира.

    Обучать методу моделирования необходимо систематически в процессе преподавания всего блока естественнонаучных дисциплин. Дальнейшего изучения требует выбор эффективных путей включения метода моделирования в логическую структуру вузовского образования. Следовательно, необходимо сделать моделирование самостоятельным предметом изучения. В результате будущие учителя и преподаватели смогут использовать метод моделирования в своей профессиональной деятельности.

    Рассматривая уровневую систему высшего профессионального образования, следует учитывать, что цели обучения на уровнях «Бакалавриат» и «Магистратура» различны. Требования ФГОС ВПО предполагают, однако, подготовку и бакалавров, и магистров к решению исследовательских задач, ознакомление студентов с методологией научного познания. Метод моделирования необходим студентам, чтобы развивать умственные способности, ориентироваться в поступающей научной информации, глубже понимать содержание естественнонаучных    дисциплин,    активно    использовать    их    при    изучении

    18


    специальных профильных дисциплин. В современных условиях студенты должны уметь пользоваться методом моделирования: различать и уметь строить модели объектов, явлений и процессов; исследовать модели и применять их в своей научной и педагогической деятельности. Это должно быть одной из основных специальных профессиональных компетенций в области применения метода моделирования.

    Организуя деятельность студентов при обучении методу моделирования, необходимо провести их через следующие этапы: аналитический - накопление материала для построения моделей данного типа; ориентировочный - выделение метода моделирования актуального для данного класса задач; исполнительский -решение и анализ конкретных задач на основе данного метода моделирования.

    В результате анализа проблем современного естественнонаучного образования, научных и научно-методических работ по моделированию, основополагающих принципов, результатов экспериментального исследования была построена концепция методической системы обучения студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах методу моделирования (схема 2). Данная концепция представляет собой совокупность обобщенных положений, систему взглядов на понимание сущности и роли метода моделирования в учебном процессе. Она, подобно любой теории, включает основание, ядро (теоретический блок) и следствия (прикладной блок).

    Основание концепции составляют источники, цели обучения, факторы и особенности концепции. Источниками концепции являются современное состояние естественных наук и естествознания как интегрированной области знаний, физика как наука, философия, методология, гносеология, знания о процессе познания, знания о закономерностях процесса усвоения. Цель концепции - теоретическое обоснование ведущих идей, принципов и основных положений методической системы обучения студентов методу моделирования. Основные факторы: реализация новой образовательной парадигмы, интеграционные процессы в науке и естественнонаучном образовании, познавательные возможности, способности, интересы и психолого-педагогические особенности студентов. Особенностями концепции являются специфика обучения студентов в условиях уровневой системы высшего профессионального естественнонаучного образования и специфика интересов и способностей студентов различных направлений и профилей обучения.

    Ядро концепции, его теоретический блок включает ведущие идеи (единство и целостность естественнонаучных знаний и методов, естественнонаучное образование как составная часть высшего профессионального образования); научные методы (моделирование, анализ и синтез, индукция и дедукция, аналогия, обобщение, абстрагирование); основополагающие принципы (методологические общенаучные, общедидактические и частно-методические); система основных положений концепции.

    Сформулируем основные положения концепции методической системы обучения методу моделирования.

    1. Обучение студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах методу моделирования в условиях уровневого профессионального образования осуществляется в два этапа: в бакалавриате и магистратуре.

    2. Метод моделирования как общенаучный метод исследования следует

    рассматривать в качестве системообразующей, стержневой идеи, объединяющей

    все естественнонаучные дисциплины, которая способствует интеграции

    естественнонаучных знаний, усвоению методологии научного познания, развитию

    теоретического мышления как основы интеллектуального развития.

    1. Ведущими дидактическими принципами методической системы обучения студентов педвузов методу моделирования являются принципы: единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения, межпредметной и внутрипредметной интеграции, системности, научности, индивидуализации и дифференциации обучения, наглядности.
    2. Специальными профессиональными компетенциями в области применения метода моделирования являются:
    1. способность различать модели и виды моделирования;
    2. способность исследовать модели объектов, явлений и процессов;
    3. способность строить математические модели и решать модельные задачи;
    4. способность   применять   метод   моделирования   в   профессиональной деятельности.
    1. Необходима реализация принципа единства фундаментальности и профессиональной направленности при обучении студентов методу моделирования.
    2. Принцип интеграции естественнонаучного образования предполагает проведение через все обучение общенаучных принципов и методов, которые являются стержневыми. Для содержания интегративных естественнонаучных дисциплин наиболее важными являются принципы дополнительности, соответствия, симметрии и метод моделирования.
    3. Принцип системности предполагает в нашем случае систематизацию и углубление знаний на базе модельных представлений. Этот принцип является концептуальной основой для интеграции научного знания в содержании образования, способствует становлению целостности естественнонаучного мировоззрения.

    Модели, входящие в теоретический блок концепции, включают: научные модели, учебные модели, модель учебной дисциплины.

    Прикладной блок концепции содержит конкретные учебные дисциплины, изучаемые студентами. Структура и содержание этих дисциплин отражают интеграцию естественнонаучных знаний и методов. Сквозной идеей, объединяющей все естественнонаучные дисциплины, является метод моделирования. В прикладной блок входят также методические и дидактические материалы (учебно-методические комплексы, рабочие программы учебных дисциплин, методические рекомендации, учебные пособия и т.д.), сопровождающие учебный процесс в бакалавриате и магистратуре.

    Концепция методической системы обучения методу моделирования студентов педвузов позволяет построить модель методической системы и реализовать обучение в рамках данной системы. Модель методической системы обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах (схема 3) в рамках уровневой системы высшего профессионального образования включает цели, содержание, ведущие принципы,

    21


     

     

     

     

     

     

    БАКАЛАВРИАТ

    МАГИСТРАТУРА

    s

    ш

    -    раскрыть     студентам     модельный

    характер науки;

    -    рассмотреть   различные   модели   в

    естествознании;

    -    обучить        студентов        решению

    модельных          задач,          этапами

    построения               математических

    моделей

    -    рассмотреть общие вопросы моделирования, классификации моделей и видов

    моделирования;

    -      обучить студентов строить и исследовать модели объектов, процессов и явлений;

    -    раскрыть  роль  метода  моделирования  как  единого  метода  исследования  и

    прогнозирования в естествознании;

    -      развить уровень теоретического мышления студентов;

    -    обучить    студентов    применять    метод    моделирования    в    профессиональной

    деятельности

    ш

    S

    < ?.

    Ш

    О u

    X со

    X

    КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

    МАТЕМАТИЧЕСКИЕ

    МЕТОДЫ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

    МЕТОД

    МОДЕЛИРОВАНИЯ В

    ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

    ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

    ЕСТЕаВЕННОНАУЧНЫЙ ПРОЕКТ

    МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

    ПРОБЛЕМЫ АСТРОФИЗИКИ И КОСМОЛОГИИ

    ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ

    ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

    СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА

    ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

    Лабораторный практикум

    ВЕДУЩИЕ ПРИНЦИПЫ

    Фундамен­тальность

    Интеграция

    Фундаментальность

    Фундаментальность

    Интеграция

    Профессиональная направленность

    ФОРМЫ

    Лекции

    Практи­ческие занятия

    Лабора­торный практикум

    Самостоя­тельная работа

    Лекции

    Семинары

    Практикум

    Самостоятельная работа

    Научно-исследовательская работа и практика

    СРЕДСТВА

    Демонстрационное, лабораторное и компьютерное оборудование

    Демонстрационное, лабораторное и компьютерное оборудование. Техника мультимедиа, педагогические программные средства

    УРОВНИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

    РЕПРОДУКТИВНЫЙ Частично-поисковый

    Репродуктивный ЧАСТИЧНО-ПОИСКОВЫЙ

    ЧАСТИЧНО-ПОИСКОВЫЙ

    ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

    Схема 3. Модель методической системы обучения методу моделирования

    22


    формы, средства и уровни деятельности студентов в бакалавриате и магистратуре. В рамках этой модели:

    1)цели обучения методу моделирования в бакалавриате получают свое дальнейшее развитие в магистратуре;

    2)   содержание обучения как в бакалавриате, так и в магистратуре имеет

    уровневую структуру, включающую базовые и интегративные дисциплины,

    •  в бакалавриате - базовая дисциплина - «Физика», интегративная дисциплина

    - «Концепции современного естествознания»;

    •    в магистратуре - базовые дисциплины - «Современная физика»,

    «Математические методы в естествознании», методологическая интегративная

    дисциплина - «Метод моделирования в естествознании», прикладные

    интегративные дисциплины - «Проблемы астрофизики и космологии»,

    «Физические основы глобальной экологии» и т.д., прикладной лабораторный

    практикум по естествознанию;

    1. ведущими дидактическими принципами обучения в бакалавриате являются фундаментальность и интеграция, в магистратуре эти принципы сохраняют свою значимость и дополняются принципом профессиональной направленности;
    2. особыми формами обучения в магистратуре являются научно-исследовательская работа и практики;
    3. обучение методу моделирования предполагает выполнение студентами деятельности разного уровня
    1. в бакалавриате - репродуктивной и частично-поисковой,
    2. в магистратуре - репродуктивной, частично-поисковой и исследовательской («Естественнонаучный проект» и магистерская диссертация).

    Основные положения, определяющие требования к методической системе обучения методу моделирования следующие:

    1)   методическая система обеспечивает формирование профессиональных

    знаний, умений, компетенций, опыта исследовательской деятельности и творчества

    в области «Естествознание»;

    2) методическая система строится в соответствии с современными задачами

    высшей школы, обеспечивает подготовку студентов в педвузах, социально и

    профессионально адаптированных к условиям обучения, в том числе, по

    магистерской программе «Современное естествознание»;

    3)     успешность реализации методической системы обеспечивается

    комплексом          организационно-педагогических,     психолого-педагогических,

    материальных и дидактических условий.

    Результатами обучения методу моделирования, согласно построенной модели, может быть достижение следующих уровней деятельности студентов:

    1. ознакомился с методом моделирования, может привести примеры моделей и применения метода моделирования (репродуктивный уровень),
    2. осознал содержание метода (может спланировать решение новой задачи, пользуясь методом, частично-поисковый уровень),

    3)   овладел методом (может решить новую модельную задачу путем

    применения метода, исследовательский уровень).

    Развитие системы образования, ориентация образования на фундаментализацию    его    содержания    предполагает    создание    магистерских

    23


    программ в области естественнонаучного образования. Примером такой программы является магистерская программа «Современное естествознание» по направлению «Педагогическое образование». Ее основная цель - подготовка магистров, способных осуществлять исследовательскую и педагогическую деятельность, реализовывать образовательные программы по современным проблемам естествознания. Эта программа позволяет реализовать поставленные цели формирования специальных профессиональных компетенций в области применения метода моделирования при условии включения в обучение фундаментальных базовых дисциплин - «Современная физика» и «Математические методы в естествознании», а также интегративных естественнонаучных дисциплин - «Метод моделирования в естествознании», «Физические основы глобальной экологии», «История развития жизни на Земле» и «Проблемы астрофизики и космологии». Для реализации профессиональная направленность обучения особую роль играет разработка естественнонаучных проектов и подготовка магистерских диссертаций.

    В пятой главе «Реализация концепции методической системы обучения методу моделирования» рассматривается конкретная методика обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах. Сформулируем основные положения методики.

    I. При отборе и структурировании учебного материала должны учитываться следующие положения и принципы.

    1.  Учебный материал можно условно разделить на две основные группы:

    1. создание базы знаний, необходимых для успешного усвоения студентами специальных дисциплин избранного профиля;
    2. формирование и развитие целостных представлений о естественнонаучной картине мира (ЕКМ) и её эволюции, о методах научного познания, в частности, о методе моделирования и как следствие -развитие теоретического мышления.

    2. Содержание и глубина учебного материала должны соответствовать уровню

    теоретической подготовки студентов по философским и математическим

    дисциплинам, при этом

    1. должны вводиться фундаментальные естественнонаучные законы и ведущие методологические принципы, такие как законы сохранения, принципы дополнительности, соответствия, причинности и др.;
    2. необходимо провести через весь курс сквозные идеи, которые объясняют логику, научность дисциплин, улучшая возможности усвоения учебного материала;
    3. основные идеи и теории должны быть введены в начале изучения того или иного содержательного блока, с тем, чтобы они «работали» при рассмотрении большого круга явлений;
    4. содержание учебного материала, его расположение должны отражать внутрипредметные связи, а также межпредметные связи естественнонаучных и математических дисциплин.

    3. Содержание учебных дисциплин должно раскрывать общенаучные методы

    исследования, в том числе метод моделирования:

    •  основу для обучения методу моделирования должен составлять специально

    отобранный и структурированный учебный материал, соответствующий

    понятиям «модель», «моделирование», «этапы построения модели»;

    24


    •  необходимо выделить виды моделирования, модельные задачи доступные и

    актуальные для каждого направления (профиля).

    П. Организация     деятельности     студентов     по     овладению     методом моделирования должна происходить в соответствии с рядом положений.

    1.  Обучение осуществляется в несколько этапов:

    1. изучение нового теоретического материала для ознакомления с методом моделирования;
    2. освоение общих подходов к применению метода моделирования;
    3. применение метода моделирования к решению модельных задач определенного типа;
    4. приобретение умений применения метода моделирования в процессе преподавания естественнонаучных дисциплин при выполнении специально разработанных творческих заданий.
    1. На лекциях и семинарских занятиях раскрывается модельный характер науки, вводятся понятия «модель», «метод моделирования». Показывается, что любую теорию можно рассматривать как модель, описывающую некоторую совокупность объектов, явлений и процессов реального мира. Рассматриваются материальные (предметные), идеальные знаковые (графические, математические) и компьютерные модели, применяемые в различных естественных науках.
    2. При решении задач с использованием метода моделирования должен использоваться обобщенный прием, в соответствии с которым большинство модельных задач строятся по схеме: содержательная постановка задачи —> концептуальная постановка задачи —> построение математической модели —> выбор методов решения задачи —> поиск решения задачи —> проверка адекватности модели —> анализ результатов моделирования.
    3. Необходимо выделить и реализовать следующие этапы деятельности по обучению решению модельных задач.

    Преподаватель предлагает модельную задачу определенного типа —> выделяет элементы знаний (законы, уравнения, математические методы), соответствующие данной модели и устанавливает между ними связь —> решает задачу и формулирует алгоритм решения модельных задач избранного типа —>

    студенты самостоятельно решают модельные задачи в соответствии с выбранным алгоритмом —> самостоятельно переносят алгоритм решения на задачи другого типа, частично изменяя его в соответствии с новыми условиями —>

    преподаватель обобщает итоги деятельности студентов, оценивает формирование у них теоретического мышления (способность сравнивать, обобщать, анализировать, решать проблемные ситуации).

    5.  Необходимо оценить сформированность компетенций в области применения

    метода моделирования и выяснить, овладели ли студенты данным методом

    познания, осознают ли его содержание, структуру, цели. Это проверяется в ходе

    различных контрольных мероприятий (тесты, контрольные работы, коллоквиумы,

    зачеты, экзамены) с использованием специально разработанных контрольных

    вопросов и заданий (промежуточных и итоговых).

    III. На первом этапе (в бакалавриате и специалитете) базовой дисциплиной при обучении методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки должна являться дисциплина «Физика».

    25


    1. Физика за всю историю развития накопила огромный запас видов моделирования. Изучение модельных подходов в физике создает базу для применения этого метода к исследованию многих проблем в естественных науках.
    2. Дисциплина «Физика» изучается на всех естественно-математических факультетах, причем на разных курсах и в разных объемах, следовательно, можно:
    1. выделить   виды  моделирования   доступные   и   актуальные   для   каждого направления и профиля;
    2. учесть виды моделирования, используемые в дальнейшем в специальных дисциплинах данного профиля;
    1. Дисциплина «Физика», изучая модели физических объектов, явлений и процессов, раскрывает роль метода моделирования в формировании естественнонаучной картины мира, научного мировоззрения и теоретического мышления.
    2. В процессе преподавания дисциплины «Физика» уже происходит активное обучение методу моделирования и формирование специальных профессиональных компетенций в области применения метода моделирования. Важно, что обучение методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений происходит, прежде всего, на примере изучения физических объектов, процессов и явлений. При этом существует отличие при обучении этому методу студентов различных специальностей, направлений и профилей в педвузах. Так наиболее актуальным для студентов
    1. математиков    является    обучение    математическому    моделированию (дифференциальные и вероятностные модели);
    2. химиков - обучение знаковому моделированию  (модели энергетических уровней в атомах и молекулах);
    3. биологов   -   обучение   предметному  моделированию   (модели   строения зрительного и слухового аппарата);
    4. географов - обучение графическому моделированию (графические модели изменения давления, температуры, влажности).

    IV. Обучение методу моделирования должно продолжаться при изучении интегративных дисциплин «Концепции современного естествознания» и «Естественнонаучная картина мира».

    В бакалавриате и специалитете в рамках этих дисциплин изучаются модели разного уровня, расширяется область применения различных моделей, происходит дальнейшее формирование компетенций в области применения метода моделирования, раскрывается роль метода моделирования как одного из важнейших методов научного познания.

    V.    Второй   этап   обучения   студентов   методу   моделирования   должен происходить в магистратуре.

    В естественнонаучных магистерских программах должно продолжиться формирование компетенций в области применения метода моделирования, при этом необходимо вывести студентов на исследовательский уровень деятельности. Основное обучение методу моделирования происходит в рамках дисциплин «Современная физика» и «Метод моделирования в естествознании».

    В таблице 1 представлены избранные математические понятия и методы, физические модели и модельные задачи, которые должны систематически изучаться

    26


    Таблица 1 Математические понятия и методы, физические модели и модельные задачи в курсе физики

    РАЗДЕЛЫ

    МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ

    ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

    МОДЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

    МЕХАНИКА НЬЮТОНА

    •   Векторы и действия с ними

    •   Скалярное и векторное

    произведения

    •   Дифференциальные уравнения

    •   Материальная точка

    •Абсолютно твердое тело

    •   Система отсчета, ИСО

    •   Скалярные и векторные поля

    •   Гармонический осциллятор

    •Упругая волна

    •    Движение тела переменной массы

    •    Движение тел под действием силы тяжести

    •    Задача Кеплера

    •    Космические скорости

    •    Соударения тел

    •    Гармонические колебания

    ТЕОРИЯ МАКСВЕЛЛА

    •   Градиент

    •   Дивергенция, поток вектора

    •   Ротор, циркуляция вектора

    •   Оператор Лапласа

    •   Теоремы Остроградского-Гаусса и

    Стокса

    •   Дифференциальные уравнения

    •   Силовое поле. Силовая линия

    •Пробный заряд, диполь

    •   Эквипотенциальная поверхность

    •   Ток смещения

    •Уравнения максвелла

    •   Электромагнитная волна, фронт волны

    •   Волновое уравнение, уравнение волны

    •   Движение заряженных частиц в

    электромагнитных полях

    •   Расчеты электрических и магнитных полей

    •   Классическая теория электропроводности

    металлов

    •   Сила Лоренца и эдс индукции

    •   Свойства электромагнитных волн

    < 

    В н в о

    •   Векторные диаграммы

    •   Интегральные и дифференциальные

    методы

    •   Гармонический анализ

    •   Световой луч, световая волна

    •   Когерентные волны

    •Изотропные среды

    •   Волновые поверхности

    •   Естественный и поляризованный свет

    •   Законы геометрической оптики

    •   Расчеты интерференции волн

    •   Метод зон Френеля

    •   Расчеты дифракционных картин

    •   Классическая теория дисперсии

    КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

    •   Вероятность, плотность вероятности

    •   Комплексные функции

    •   Условие нормировки

    •   Дифференциальные уравнения

    •Абсолютно черное тело

    •   Волновая функция

    •   Волна де Бройля

    •Уравнение Шрёдингера

    •   Электронные облака

    •   Фермионы и бозоны

    •   Формула Планка и законы излучения

    •   Эффект Комптона и законы сохранения

    •   Дифракция электронов на щели

    •   Частица в потенциальной яме

    •   Туннельный эффект

    •   Квантовый осциллятор

    ТЕРМОДИНАМИКА

    И СТАТИСТИ­ЧЕСКАЯ ФИЗИКА

    •   Основы теории вероятностей

    •        Обобщенные координаты

    •        Фазовое пространство

    •   Статистические методы

    •   Распределение Гиббса

    •    Термодинамическая система

    •    Идеальный и реальный газ

    •    Обратимые и необратимые процессы

    •    Кратность вырождения

    •    Распределение Ферми-Дирака,

    электронный газ

    •    Распределение Бозе-Эйнштейна, бозе-газ

    •    Фононы

    •   Первое начало термодинамики и изопроцессы

    •   Теория теплоемкости газов

    •   Распределение Максвелла Распределение

    Больцмана и барометрическая формула

    •   Энергия Ферми и полная энергия

    электронного газа

    •   Энергия фононного газа, температура Дебая

    •   Вывод формулы Планка

    27


    во всех разделах дисциплины  «Физика».  Рассмотрим развитие и усложнение моделей

    1. движения тел в классической механике: движение материальной точки в вакууме —> движение материальной точки в среде с сопротивлением —> движение тела переменной массы (уравнение Мещерского) —> движение тела переменной массы в поле тяготения Земли (задача Циолковского) —> движение в поле центральных сил (задача Кеплера);
    2. полей в электродинамике: модель электростатического поля —> модель магнитного поля постоянных токов —> модель электромагнитного поля (уравнения Максвелла);
    3. света: модель геометрической оптики —> модель волновой оптики —> модель квантовой оптики —> корпускулярно-волновой дуализм свойств света;
    4. газа: модель идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева) —>¦ модель реального газа (уравнение Ван-дер-Ваальса);
    5. строения атома: модель Томсона —>¦ модель Резерфорда —>¦ модель Резерфорда-Бора —>¦ модель де Бройля —> модель Шредингера.

    В магистратуре при изучении дисциплины «Современная физика» происходит целенаправленное формирование взгляда на процесс познания законов природы как процесс последовательного изучения всё более сложных моделей (прежде всего математических). Лекции, семинарские и практические занятия позволяют в полной мере раскрыть применение метода моделирования в современной физике при исследовании различных явлений. Решая физические задачи, можно провести студентов через все типы моделей и виды моделирования.

    В процессе преподавания дисциплины «Метод моделирования в естествознании» рассматриваются общие вопросы моделирования, классификации моделей и видов моделирования, этапы построения математических моделей. На базе этих знаний изучаются различные модели в физике, астрофизике, химии, биологии, экологии, геологии и географии. Изучение дисциплины «Метод моделирования в естествознании» дает возможность в дальнейшем широко применять метод моделирования при построении дисциплин: «Физические основы глобальной экологии», «Проблемы астрофизики и космологии», «История развития жизни на Земле». В дисциплине «Физические основы глобальной экологии» рассматриваются основные экологические проблемы и роль физики в преодолении экологического кризиса. На современном этапе изучения глобальной экологии без использования метода моделирования, математических моделей невозможно описать процессы, происходящие в экологических системах, предсказать глобальные стихийные бедствия, найти способы борьбы с ними и их последствиями, рассмотреть процессы загрязнения атмосферы и гидросферы.

    Дисциплина «Проблемы астрофизики и космологии» дает студентам базовые знания по основным разделам современной астрофизики и космологии. Модели в астрофизике позволяют изучить особенности того или иного объекта, предсказать его дальнейшую эволюцию. Современные космологические модели помогают понять, как возникла Вселенная, какие стадии развития она прошла, как эволюционирует в настоящее время, что ждет нашу Вселенную в будущем. Целостное представление о возникновении и развитии жизни на Земле формируется в дисциплине «История развития жизни на Земле». Основываясь на

    28


    полученных экспериментальным путем данных (исследовании горных пород и минералов, ископаемых останков животных, первобытных людей, орудий труда и т.д.), ученые строят модели развития жизни на Земле, появления тех или иных организмов, изменения облика Земли, расположения континентов и т.д.

    В таблице 2 представлен примерный перечень моделей и модельных задач, которые должны изучаться в ряде дисциплин магистерской программы «Современное естествознание». Приведем примеры развития и усложнения моделей в некоторых естественнонаучных дисциплинах.

    1. Дисциплина «Современная физика»: микрочастица в потенциальной яме бесконечной глубины —> микрочастица в потенциальной яме конечной глубины —> туннельный эффект —> модель Кронига-Пенни —> электронный газ в кристаллической решетке (модель сильной связи) —> холодная эмиссия электронов —>¦ ?-распад ядра.
    2. Дисциплины «Метод моделирования в естествознании»: модель Мальтуса (модель экспоненциального роста численности популяции) —> модель Ферхюльста (модель ограниченного роста популяции) —>¦ модель Вольтерра (модель взаимодействующих популяций «хищник-жертва») —> модель межвидовой конкуренции.
    3. Дисциплина «Проблемы астрофизики и космологии»: космологические модели Фридмана —> модель горячей Вселенной —> модель инфляционной Вселенной —> модель ускоренно расширяющейся Вселенной.

    Особое место в процессе обучения методу моделирования занимает лабораторный практикум, который должен гармонично сочетать теоретическую и практическую подготовку студентов на основе дифференцированного подхода к процессу обучения. Одной из задач практикума является раскрытие взаимосвязи различных видов моделирования. Лабораторный практикум должен содержать физическое моделирование - изучение физических явлений на экспериментальных установках, собираемых студентами или заранее подготовленных экспериментальных стендах; комбинированные лабораторные работы, сочетающие реальный эксперимент и компьютерное (вычислительное) моделирование; модельные лабораторные работы - компьютерное (вычислительное) моделирование физических явлений. Таким образом, во многих лабораторных работах наряду с предметным моделированием используются математическое, графическое, компьютерное моделирование, что позволяет, с одной стороны, всесторонне изучить избранное явление, а с другой - студенты самостоятельно работают с различными моделями.

    Физический лабораторный практикум в бакалавриате и магистратуре является одной из важнейших форм обучения, играет важную роль в формировании компетенций в области моделирования и способствует формированию у студентов адекватных представлений об устройстве окружающего мира. Студенты осваивают экспериментальные методы исследования явлений и процессов на физических моделях, приобретают умение работать с математическими моделями, обрабатывать экспериментальные результаты математическими методами, и что не менее важно, их интерпретировать. Приведем пример лабораторной работы, в которой широкое применение находят различные виды моделирования, «Исследование волновых функций атома водорода»:

    29


    Таблица 2. Перечень моделей и модельных задач в дисциплинах магистратуры

    ДИСЦИПЛИНЫ

    ЗАДАЧИ

    МОДЕЛИ И МОДЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

    МЕТОД

    МОДЕЛИРОВАНИЯ В

    ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

    Знать:

    -    назначение   и   основные   черты   модели,   классификации

    моделей; основные типы моделей и виды моделирования;

    Уметь:

    -       находить различные модели в естественных науках;

    -     использовать   математические   модели       при   описании

    различных природных явлений для получения новых знаний;

    Владеть: -   навыками   формулирования   основных  понятий,   методов   и моделей, изученных в данном курсе.

    1.     Дифференциальные модели гармонических колебаний

    2.    Теория Максвелла как модель электромагнитного поля.

    3.    Модели идеального и реального газа.

    4.    Моделирование климата Земли.

    5.    Модели химических реакций.

    6.    Модель химической эволюции.

    7.    Модели Мальтуса и Ферхюльста.

    8.    Модель Вольтерра.

    9.    Математические модели генетики.

    10.  Моде ли фрактальных объектов

    СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА

    Знать:

    -   общую структуру, базисные элементы и основные модели

    конкретных физических теорий;

    Уметь:

    -   использовать математические и компьютерные модели при

    рассмотрении современных физических теорий;

    Владеть: -   навыками   построения   математических   и   компьютерных моделей и их применения для анализа физических объектов и явлений

    1.     Модели пространства-времени в СТО и ОТО.

    2.    Модели многоэлектронных атомов.

    3.    Модели атомных ядер.

    4.    Кварковая модель адронов.

    5.    Стандартная модель взаимодействий.

    6.    Модель электронного газа в металлах.

    7.    Модели фотонного и фоноиного газа.

    8.    Модели сверхтекучести и сверхпроводимости.

    9.    Модели формирования наноструктур.

    10.Модели самоорганизации в открытых системах.

    ФИЗИЧЕСКИЕ

    ОСНОВЫ

    ГЛОБАЛЬНОЙ

    ЭКОЛОГИИ

    Знать:

    -       основные экологические концепции и модели;

    глобальные    модели    развития    человечества    и    пути преодоления глобального экологического кризиса; Уметь:

    -    применять известные компьютерные модели для анализа

    глобальных экологических процессов;

    Владеть: - навыками построения простейших компьютерных моделей в области экологии

    1.    Модели численности популяций.

    2.    Модели глобального экологического кризиса.

    3.    Моделирование загрязнения атмосферы, гидросферы и

    поверхности Земли.

    4.    Глобальные модели развития человечества.

    5.    Модели взаимодействия Солнца и Земли.

    6.    Модели динамики атмосферы.

    7.    Модели глобальных стихийных бедствий.

    8.    Модель «ядерной зимы».

    9.    Моделирование численности народонаселения.

    10.  Моде ли в энергетике.

    30


    исследование на монохроматоре спектра излучения атомарного водорода —> расчет энергетических уровней —> расчет радиуса первой боровской орбиты —> исследование волновой функции в основном состоянии —> исследование радиального распределения электронной плотности вероятности для атома водорода в основном состоянии —> графическое представление волной функции и радиальной плотности вероятности.

    При разработке естественнонаучного проекта, выполнении выпускных квалификационных работ и магистерских диссертаций студенты обучаются применять метод моделирования в их профессиональной деятельности на исследовательском уровне: моделируют структуру работы, подбирают и решают модельные задачи, используют компьютерные модели. Приведем примеры выпускных квалификационных работ бакалавров (ВКРБ), специалистов (ВКРС) и магистерских диссертаций (МД):

    1. «Конические сечения и движение тел в центральном поле» (ВКРБ),
    2. «Замечательные кривые в физике и математике» (ВКРБ),
    3. «Методическое обеспечение элективного курса «Замечательные кривые в естествознании» для учащихся старших классов» (ВКРС),

    4. «Методика     проведения     элективного      курса     «Моделирование      в

    естествознании» в старших классах общеобразовательной школы» (ВКРС),

    1. «Формирование    эволюционных    представлений    школьников    в    курсе «Естествознание» в старших классах» (МД),
    2. «Методика   проведения   элективного   курса   «Статистические   методы   в современном естествознании»» (МД).

    Эта учебная деятельность позволяет, с одной стороны, показать уровень полученных знаний, профессиональные компетенции, в том числе, и в овладении методом моделирования. С другой стороны, преподаватели могут оценить эффективность разработанных методик обучения студентов и их готовность к профессиональной деятельности.

    Таким образом, методическая система обучения методу моделирования является составной частью системы непрерывной профессиональной подготовки бакалавров (специалистов) и магистров и реализуется в процессе преподавания естественнонаучных дисциплин.

    Шестая глава «Экспериментальная проверка эффективности реализации методической системы обучения студентов методу моделирования» посвящена описанию проведенного в ходе исследования педагогического эксперимента, целью которого явилась проверка гипотезы исследования. Педагогический эксперимент состоял из трех этапов (таблица 3): констатирующего, поискового и обучающего. При проведении экспериментальной работы использовались следующие методы: анкетирование и беседы, наблюдение, лабораторный эксперимент, опытное преподавание, экспертная оценка. Данные эксперимента обрабатывались с помощью методов математической статистики. Исследование эффективности методической системы при подготовке студентов магистратуры носило лабораторный характер, поскольку организация учебного процесса в магистерской программе «Современное естествознание» находится на стадии становления.

    31


    Таблица 3. Общая характеристика педагогического эксперимента

    Этапы

    Цель эксперимента

    Экспериментальная база

    Число участников

    Констатирующий 1996-2003

    Изучение состояния проблемы обучения методу моделирования студентов естественнонаучных, математических направлений подготовки в педвузах

    МПГУ, кафедра физики для естественных факультетов; педагогический колледж №9 «Арбат»; МГМСУ ФДП

    5 преподавателей, 400 студентов МПГУ, 200 студентов (колледж Арбат»), 100 слушателей (МГМСУ ФДП)

    Поисковый

    2003 - 2007

    Разработка и корректировка концепции и модели методической системы обучения методу моделирования, апробация её основных положений

    МПГУ, кафедра физики для естественных факультетов; педагогический колледж №9 «Арбат»; МГМСУ ФДП

    10 преподавателей, 300 студентов МПГУ, 200 студентов (колледж Арбат»), 100 слушателей (МГМСУ ФДП)

    Обучающий 2006-2011

    Проверка эффективности и внедрение в учебный процесс методической системы обучения студентов методу моделирования

    МПГУ, ЗГГПУ, ЯГПУ, ВГСПУ, АТУ, ЧГПУ, АГПА

    15 преподавателей,

    300 студентов,

    25 магистрантов,

    40 преподавателей ФПК

    (МПГУ)

    На констатирующем этапе эксперимента при изучении состояния проблемы исследования выявлялся уровень подготовки студентов в области естествознания и мотивации к изучению физики и других естественнонаучных дисциплин, уровень овладения студентами общенаучными методами познания и освоения приемов перевода физической (содержательной) модели в другие формы представления (формальную модель).

    Для более объективной оценки уровня знаний о методе моделирования и владения этим методом было проведено анкетирование студентов математического и химического факультетов. Все вопросы были ориентированы на общее развитие студентов, их культурный и образовательный уровень (7. Что такое модель? 2. В чем заключается метод моделирования? 3. Приведите примеры известных Вам моделей.). Полученные результаты анкетирования (рис. 1) свидетельствуют о том, что значительная часть студентов слабо знакома с методом моделирования. Только небольшое число студентов математических специальностей вспомнили о компьютерном моделировании. Эта же анкета, предложенная в конце изучения дисциплины «Физика», показала существенные изменения. Появились интересные, более содержательные ответы на 3-й вопрос: модель плоскости Лобачевского, Римана, модель атома Резерфорда. Для студентов магистратуры 6 курса было проведено дополнительное анкетирование. Анкета содержала вопросы открытого и закрытого типа. Так как в магистратуре обучались только студенты, окончившие математический факультет, то большинство ответов были из области математики, т.е. обобщенный взгляд на метод моделирования у студентов не сформирован.

    Проводились беседы и анкетирование преподавателей с целью определения необходимости обучения методу моделирования и применения этого метода в процессе преподавания естественнонаучных дисциплин (Считаете ли Вы необходимым обращать внимание студентов на модельный характер наших знаний об

    32


    окружающем мире? Осознают ли студенты роль метода моделирования в научном познании? Способны ли студенты применять метод моделирования к анализу объектов, явлений и процессов?). Беседы с преподавателями проводились как индивидуальные, так и групповые (ФПК МПГУ). Анализ

    верно     частично      неверно

    результатов           анкетирования            и

    интервьюирования            преподавателей

    ~7

    Вопрос 3

    показал, что необходимо систематически использовать метод моделирования в процессе обучения, предварительно ознакомив студентов со структурой и особенностями применения данного метода в науке и учебном процессе.

    Результаты           констатирующего

    эксперимента показали:    несмотря на то,

    что    метод    моделирования    достаточно

    широко    используется    преподавателями   Puc' LРезультаты анкетирования студентов

    при изложении учебного материала по математическим и естественнонаучным дисциплинам, применение этого метода происходит стихийно, с малой эффективностью. Это позволило сделать вывод об актуальности темы исследования, определить проблемы, задачи исследования и наметить пути их решения.

    На поисковом этапе эксперимента происходила частичная апробация основных положений методической системы, проверка и диагностика результативности экспериментальной методики. В процессе преподавания дисциплин «Физика» и «Концепции современного естествознания» пересматривалась методика изложения учебного материала, разрабатывались и включались в лекции и семинарские занятия модельные задачи. Был разработан тест, который позволил получить ответы на следующие вопросы: осознают ли студенты роль метода моделирования в научном познании? при изучении естественнонаучных дисциплин?... Тестирование было проведено на математическом и на химическом факультетах (рис. 2). В дальнейшем эти результаты были использованы как «контрольные» при повторном тестировании


    Начальное ¦Повторное

    ;fc

    45 40 35 30 25 20 15 10 5


    0,25      0,5      0,75


    а)б)

    Рис. 2. Результаты тестирования студентов математического (а)

    и химического (б) факультетов

    33


    студентов после изучения дисциплины «Физика» (две зависимые выборки). Повторное тестирование показало: если при изучении физики обращать внимание студентов на роль и место метода моделирования при построении физических теорий, обучать студентов применять метод моделирования при выполнении лабораторных работах, при решении физических задач, то повышается их общенаучная подготовка, уровень естественнонаучных знаний, вырабатывается обобщенный взгляд на модельный характер естественных наук. Были установлены причины возникающих трудностей при использовании метода моделирования в процессе обучения: 1) понятие модель и моделирование студенты используют, опираясь только на интуитивные знания в этой области, 2) при изучении математических дисциплин не раскрывается роль метода моделирования в научном познании, математические уравнения не рассматриваются как математические модели, в том числе реальных явлений.

    Для решения задач данного этапа педагогического эксперимента использовался метод экспертной оценки, который позволил подтвердить правильность выделенных принципов конструирования программ естественно­научных дисциплин, отбора учебного материала, а также методов, форм и средств, используемых в преподавании. Для оценки экспертам (10 преподавателей педвузов) были предоставлены программы и учебные материалы. Коллеги проявили к ним интерес и изъявили желание проверить эффективность их использования непосредственно в учебном процессе. В основном оценка предложенных материалов была положительной. Однако были сделаны некоторые комментарии и замечания, которые были учтены в дальнейшей работе.

    На обучающем этапе эксперимента осуществлялась проверка гипотезы исследования. Устанавливалось, позволяет ли методика, разработанная на основе предложенной концепции обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических специальностей и направлений подготовки в педвузах, формировать компетенции в области применения метода моделирования, самостоятельно оценивать адекватность и корректность используемой модели, а, следовательно, формируется ли у студентов теоретическое мышление. Разработка и корректировка методической системы выполнялись автором исследования в ходе личного преподавания.

    Для оценки уровня сформированности у студентов бакалавриата и спепиалитета компетенций в области применения метода моделирования в рамках дисциплины «Физика» были разработаны тестовые задания, контрольные работы, система логически связанных моделей и модельных задач разного уровня. Тест содержал, помимо базовых, вопросы на сопоставление моделей и реальных объектов, установление соответствия между объектами и моделями. Он был предложен студентам 4 курса математического факультета в конце 8 семестра двум потокам - контрольному и экспериментальному - после завершения изучения физики. Целью тестирования было сравнить результаты осознанного применения понятия «модель» у студентов контрольного и экспериментального потоков (рис. 3). Достоверность результатов эксперимента оценивалась с помощью критерия ?2. Проверка статистической гипотезы выполнялась на уровне значимости а = 0,05. Для данного случая критическое значение критерия 7^=5,991. Значения критерия

    34


    Т, полученные на основе экспериментальных данных, оказались больше значения Ткр. Следовательно, различия в результатах определяются влиянием разработанной методики обучения. Данный тест позволил оценить не только объем и глубину знаний,  но и системность,  полноту знаний,  способность  студентов различать модели и виды моделирования.

    Дальнейшее       обучение

    методу               моделирования

    происходило         в        рамках

    дисциплины            «Концепции

    современного естествознания»,

    где, в том числе, изучались

    модели                   (концепции),

    Рис. 3. Результаты тестирования контрольного и экспериментального потоков

    предложенные в ходе развития естественных наук, а также естественнонаучные картины мира как глобальные модели природы.

    При                 выполнении

    студентами                  выпускных

    квалификационных работ бакалавра по математике продолжается овладение методом моделирования. Студентам формулируется определенная задача на применение математических методов, математического моделирования в естествознании. Студент самостоятельно строит содержательную модель своей работы, математическую модель соответствующего явления, решает полученные уравнения и анализирует результаты (творческий уровень деятельности).

    При проведении обучающего эксперимента методическая система проходила опытную проверку уже в условиях многоуровневого высшего педагогического образования. При кафедре физики для естественных факультетов МПГУ в 2008 году была открыта магистерская программа «Современное естественнонаучное образование» (направление «Физико-математическое образование»), а затем в 2011 году - магистерская программа «Современное естествознание» (направление «Педагогическое образование»). На данные магистерские программы принимались студенты, окончившие бакалавриат или специалитет на математическом и естественнонаучных факультетах.

    В магистратуре продолжается процесс формирования у студентов модельных представлений. В ходе обучающего эксперимента в магистратуре применялась константная методика, согласно которой создаются только экспериментальные группы, а результаты сравниваются у одной и той же выборки студентов в разные периоды времени. При изучении базовых и интегративных естественнонаучных дисциплин проводились собеседования, отчеты по выполнению заданий для самостоятельной работы, защиты лабораторных работ, коллоквиумы, контрольные работы, зачеты и экзамены. Приведем результаты теста, предложенного студентам 5 курса математического факультета и тем же студентам 1 курса магистратуры «Современное естествознание» в рамках дисциплины «Современная физика» (рис. 4), в котором отражено развитие и усложнение моделей. Результаты были оценены

    35


    100 ¦ 80 -60 -40 -20 -

    S

    1     1     1     1     1     1

    ¦ 1 выборка

    1

    _      12 выборка

    ¦

    J

    ¦ -1 ¦

    а

    1 ¦ 1

    III

    ^^т    ^^т    ^^т

    1                     Г                    1                     1                    1

    12            3            4            5

    по критерию Макнамары и позволили сделать вывод, что выбранный метод обучения на основе метода моделирования положительно влияет на уровень знаний студентов и развитие их теоретического мышления.

    Рис. 4. Результаты тестирования студентов специалитета и магистратуры

    В дисциплине «Современная

    физика» были разработаны также

    контрольные задания, включающие

    задачи на исследование моделей

    объектов,            на           построение

    математических моделей процессов и явлений, например:

    1. Используя соотношения неопределенностей а) докажите,    что   любая   микрочастица,

    в    конечной    области

    локализованная пространства, должна обладать минимальной энергией;

    Ъ) оцените минимальную энергию линейного квантового гармонического осциллятора.

    1. Каковы особенности поведения микрочастицы в потенциальной яме бесконечной глубины? В силовом поле с потенциальным барьером конечной ширины?
    2. Исследуйте формулу Планка при высоких и низких частотах. Сравните полученные результаты с законами Вина и Релея-Джинса. При каких условиях квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна переходят в классическую статистику Болъцмана?

    4.  ? - функция некоторой частицы имеет вид:  ? = А ¦ ехр


    2а1


    где г - расстояние


    частицы от силового центра, а - постоянная величина. Найдите среднее расстояние <г> и наиболее вероятное расстояние ге частицы от центра поля.

    В ходе эксперимента студентам были предложены контрольные работы, выполнение которых позволяло отслеживать динамику сформированности специальных профессиональных компетенций в области применения метода моделирования.

    В процессе преподавания дисциплины «Метод моделирования в естествознании» рассматривались различные типы моделей и виды моделирования, используемые в естественных науках. При изучении в магистратуре интегративных естественнонаучных дисциплин «Физические основы глобальной экологии», «История развития жизни на Земле» и «Проблемы астрофизики и космологии» особое внимание уделялось исследованию моделей, применяемых в данных дисциплинах. На занятиях совместно со студентами подробно разбирались особенности различных моделей, модельных задач, модельных теорий, анализировались следствия полученных решений, границы применимости теорий. Ряд вопросов разбирался студентами в рамках самостоятельной работы, а затем представлялся в виде докладов, презентаций и рефератов. При этом происходило дальнейшее развитие таких компетенций как способность различать и исследовать модели объектов, явлений и процессов, решать модельные задачи и применять метод моделирования в профессиональной деятельности.

    Большую роль в формировании компетенции применять метод моделирования в профессиональной деятельности сыграло изучение студентами

    36


    таких дисциплин как «Методика обучения естествознанию в средней школе», «Методика использования новых информационных технологий в образовательной области «Естествознание», «Методика организации проектной деятельности учащихся», участие в научно-исследовательской работе, научно-исследовательской и педагогической практике, подготовка естественнонаучных проектов и магистерских диссертаций. В ходе выполнения студентами естественнонаучного проекта происходит расширение знаний о модельных представлениях в естествознании. Студенты выделяют различные модели и модельные задачи по выбранной теме, разрабатывают тематику ученических проектов с обоснованием их актуальности, учатся грамотно представлять результаты своей деятельности. Работа над магистерской диссертацией - выбор и обоснование актуальности темы, подбор и решение модельных задач, разработка методики преподавания определенных тем из курса «Естествознание», естественнонаучных элективных курсов с использованием моделей - способствовала дальнейшему овладению студентами методом моделирования на исследовательском уровне.

    На обучающем этапе часть приведенных выше заданий, модельных задач, а также элементы предложенной методики были использованы преподавателями Забайкальского государственного гуманитарно-педагогического университета, Ярославского государственного педагогического университета, Астраханского государственного университета, Армавирской государственной педагогической академии, Челябинского государственного педагогического университета, Волгоградского государственного социально-педагогического университета в процессе преподавания физики и других естественнонаучных дисциплин.

    В результате проведенного обучающего педагогического эксперимента удалось установить, что применение разработанной методики позволяет эффективно формировать компетенции в области применения метода моделирования и, соответственно, развивать теоретическое мышление студентов. Все это свидетельствует об эффективности разработанной нами методической системы. Полученные результаты являлись практически неизменными в течение ряда лет, что также подтверждает гипотезу нашего исследования.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

    Основные результаты исследования состоят в следующем.

    1. В ходе проведенного исследования была установлена необходимость обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах в условиях уровневой системы высшего профессионального образования. Выявлено, что преподаватели в силу ограниченности учебного времени крайне мало внимания уделяют обобщенным научным методам познания, что существенно сужает возможности формирования научного мировоззрения и теоретического мышления. Показано, что формирование теоретического мышления возможно, если в процессе обучения активно использовать модельные задачи различного уровня сложности, последовательно обучая студентов основным этапам построения и анализа моделей объектов и явлений.
    2. Разработана концепция методической системы обучения методу моделирования,   опирающаяся   на   принципы   единства   фундаментальности   и

    37


    профессиональной направленности обучения, межпредметной и внутрипредметной интеграции и осуществляемая в условиях уровневого профессионального образования в два этапа: и в бакалавриате, и в магистратуре.

    1. На основании положений концепции предложена модель методической системы обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических специальностей и направлений подготовки в педвузах включающая цели, содержание, ведущие принципы, формы и уровни деятельности студентов в бакалавриате и магистратуре.
    2. Разработана методическая система обучения методу моделирования студентов естественнонаучных и математических направлений подготовки в педвузах, отличительными особенностями которой должны являться:
    1. интеграция естественнонаучных знаний в рамках различных учебных дисциплин на основе метода моделирования, т.е. систематического отражения при обучении роли метода моделирования в научных исследованиях, в построении научных теорий, в планировании эксперимента;
    2. целенаправленный отбор учебного материала и проведение студентов через следующие этапы обучения методу моделирования - сообщение нового теоретического материала для ознакомления с методом моделирования; освоение общих подходов к применению метода моделирования; применение метода моделирования к решению модельных задач определенного типа; использование в процессе преподавания дисциплин естественнонаучного содержания специально разработанных творческих заданий, направленных на применение метода моделирования для формирования специальных профессиональных компетенций.

    5.  Разработано учебно-методическое обеспечение всех естественнонаучных

    дисциплин, отражающее роль метода моделирования в естественных науках и

    направленное на формирование специальных профессиональных компетенций в

    области применения метода моделирования:

    1. учебно-методические комплексы дисциплин «Физика» и «Концепции современного естествознания» для студентов бакалавриата (спепиалитета); «Современная физика», «Метод моделирования в естествознании», «Проблемы астрофизики и космологии», «Физические основы глобальной экологии», «История развития жизни на Земле» для студентов магистратуры;
    2. учебные пособия по лекционному материалу, практическим и лабораторным занятиям по физике;
    3. слайд-лекции для всех интегративных естественнонаучных дисциплин в магистратуре;
    4. структура и содержание практикума и естественнонаучного проекта.

    6.  Проведенный педагогический эксперимент подтвердил гипотезу

    исследования. Удалось установить, что применение разработанной методики

    позволяет эффективно формировать компетенции в области моделирования,

    развивать теоретическое мышление. Показано, что повышение эффективности

    обучения естественнонаучным дисциплинам, специальной и профессиональной

    подготовки студентов в педвузах непосредственно связано с систематическим

    целенаправленным обучением методу моделирования с последующим активным

    использованием этого метода на всех видах учебных занятий с целью

    формирования целостного представления об окружающем мире.

    38


    ПУБЛИКАЦИИ

    Основные результаты отражены в 92 публикациях автора по теме исследования общим объёмом 132 п.л. (авторских - 78 п.л.). Основными среди этих публикаций являются следующие:

    I. Монографии

    1.  Королев, М.Ю. Моделирование как метод научного познания [Текст]/ М.Ю. Королев. - М.:

    Карпов Е.В., 2010. - 116 с. (7,25 п.л.).

    2.  Королев, М.Ю.  Теоретические основы методической системы обучения студентов методу

    моделирования [Текст]/М.Ю. Королев. -М.: Карпов Е.В., 2011. - 135 с. (8,5 п.л.).

    II. Статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

    1. Королев, М.Ю. Движение материи в аффинно-метрической теории гравитации [Текст]/ О.В. Бабурова, М.Ю. Королев, Б.Н. Фролов// Известия высших учебных заведений. Физика. - 1994. - № 1. - С. 76-82. (0,7 п.л.) (авт. вклад 0,2 п.л., 28%)
    2. Королев, М.Ю. Физика как фундамент естественнонаучного образования в педуниверситетах [Текст]/ Н.И. Журавлева, Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Л.В. Королева, И.В. Лаврова// Физическое образование в ВУЗах. - 1997. - Т. 3. - № 4. - С. 132

    -  136. (0,3 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 33%)

    1. Королев, М.Ю. Роль выпускных квалификационных работ межпредметного характера в системе фундаментальной и профессиональной подготовки студентов педвуниверситетов [Текст]/ Н.И. Журавлева, Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Л.В. Королева// Физическое образование в ВУЗах. - 1999. - Т. 5. - № 4. - С. 64 - 67. (0,25 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 40%)
    2. Королев, М.Ю. Об учебно-методическом обеспечении дисциплины «Физика» для естественно-математических специальностей педвузов в рамках ГОС ВПО второго поколения [Текст]/ Н.И. Журавлева, Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Л.В. Королева// Физическое образование в ВУЗах. - 2002. - Т. 8. - № 1. - С. 28 - 34. (0,4 п.л.) (авт. вклад 0,16 п.л., 40%)
    3. Королев, М.Ю. О подготовке учителя к преподаванию в условиях профильного обучения [Текст]/ М.Ю. Королев, Л.В. Королева, Н.И. Одинцова, Н.С. Пурышева, И.М. Смирнова// Наука и школа. - 2006. - № 6. - С. 26-29. (0,4 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 25%)
    4. Королев, М.Ю. Об интеграционных процессах в образовании [Текст]/ М.Ю. Королев, Л.В. Королева, Е.Б. Петрова// Наука и школа. - 2009. - № 5. - С. 3-6. (0,3 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 33%).
    5. Королев, М.Ю. Метод моделирования в системе подготовки магистров образования [Текст]/ М.Ю. Королев// Физическое образование в ВУЗах. - 2009. - Т. 15. - № 3. - С. 102

    -  109. (0,5 п.л.)

    1. Королев, М.Ю. Обучение студентов методу моделирования [Текст]/ М.Ю. Королев// Наука и школа. - 2009. - № 6. - С. 38 - 41. (0,3 п.л.)
    2. Королев, М.Ю. Метод моделирования в школьном курсе физики [Текст]/ М.Ю. Королев// Физика в школе. - 2009. - № 8. - С. 27 - 31. (0,3 п.л.)
    3. Королев, М.Ю. Метод моделирования в лабораторном практикуме (магистерская программа «Современное естественнонаучное образование») [Текст]/ М.Ю. Королев, Е.Б. Петрова// Физическое образование в ВУЗах. - 2011. - Т. 17. - № 1. - С. 102 - 114. (0,8 п.л.) (авт. вклад 0,4 п.л., 50%)
    4. Королев, М.Ю. Концепция и модель методической системы обучения студентов методу моделирования [Текст]/ М.Ю. Королев// Физическое образование в ВУЗах. - 2011. - Т. 17. - № 4. - С. 24-32. (0,6 п.л.)
    5. Королев, М.Ю. Квантовомеханические модельные задачи в школьном курсе физики для физико-математического профиля [Текст]/ М.Ю. Королев// Физика в школе. - 2011. -№6. - С. 49-53. (0,3 п.л.)

    39


    15.  Королев, М.Ю. Общенаучные аспекты метода моделирования [Текст]/ М.Ю. Королев

    //Школа будущего. - 2011. - № 4. - С. 13-21. (0,6 п.л.)

    III. Учебные и учебно-методические пособия и программы дисциплин

    1. Королев, М.Ю. Методические рекомендации к семинарским занятиям по физике. Механика [Текст]/ И.А. Денисова, Н.И. Журавлева, М.Ю. Королев. - М.: МПГУ, Прометей, 1996. - 3,5 п.л. (авт. вклад 1,2 п.л., 35%)
    2. Королев, М.Ю. Методические рекомендации к семинарским занятиям по физике. Силовые поля [Текст]/ И.А. Денисова, М.Ю. Королев, Л.В. Королева. - М.: МПГУ, Прометей, 1997. -2,75 п.л. (авт. вклад 1,37 п.л., 50%)
    3. Королев, М.Ю. Методические рекомендации к семинарским занятиям по физике. Основы квантовой физики [Текст]/ М.Ю. Королев, Л.В. Королева. - М.: МПГУ, Прометей, 1998. - 2,5 п.л. (авт. вклад 1,25 п.л., 50%)
    4. Королев, М.Ю. Методические рекомендации к семинарским занятиям по физике. Колебания и волны. Волновая оптика [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Л.В. Королева. - М.: МПГУ, Прометей, 1999. - 2,5 п.л. (авт. вклад 1 п.л., 40%)
    5. Королев, М.Ю. Методические рекомендации к семинарским занятиям по физике. Термодинамика. Основы статистической физики. Элементы физики твердого тела [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Л.В. Королева. - М.: МПГУ, Прометей, 2001. - 4,5 п.л. (авт. вклад 2 п.л., 45%)
    6. Королев, М.Ю. Элементы классической механики. Учебное пособие. Выпуск 1 [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев. - М.: МПГУ, Прометей, 2002. - 5,75 п.л. (авт. вклад 4,6 п.л., 80%)
    7. Королев, М.Ю. Электричество и магнетизм. Учебное пособие. Выпуск 2 [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев. - М.: МПГУ, Прометей, 2003. - 7,25 п.л. (авт. вклад 6 п.л., 85%)
    8. Королев, М.Ю. Волновая оптика. Учебное пособие. Выпуск 3 [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев. - М.:, МПГУ, Прометей, 2003. - 6 п.л. (авт. вклад 4,5 п.л., 75%)
    9. Королев, М.Ю. Основы квантовой физики. Учебное пособие. Выпуск 4 [Текст]/ М.Ю. Королев. - М.: МПГУ, Прометей, 2004. - 12 п.л.
    10. Королев, М.Ю. Лабораторный практикум по физике. Электричество и магнетизм. Выпуск II [Текст]/ О.В. Бабурова, Н.И. Журавлева, М.Ю. Королев, Л.В. Королева и др. - М.: МПГУ, 2004. - 5,5 п.л. (авт. вклад 0,9 п.л., 16%)
    11. Королев, М.Ю. Лабораторный практикум по физике. Волновая оптика. Выпуск III [Текст]/ О.В. Бабурова, Н.И. Журавлева, М.Ю. Королев, Л.В. Королева и др. - М.: МПГУ, 2004. - 3,5 п.л. (авт. вклад 0,6 п.л., 17%)
    12. Королев, М.Ю. Лабораторный практикум по физике. Квантовая физика. Выпуск IV [Текст]/ О.В. Бабурова, Н.И. Журавлева, М.Ю. Королев, Л.В. Королева и др. - М.: МПГУ, 2005. - 5,5 п.л. (авт. вклад 1,2 п.л., 22%)
    13. Королев, М.Ю. Лабораторный практикум по физике. Механика. Выпуск I [Текст] / Н.И. Журавлева, М.Ю. Королев, Л.В. Королева, НИ. Одинцова и др. - М.: МПГУ, 2005. - 8,0 п.л. (авт. вклад 1,5 п.л., 19%)
    14. Королев, М.Ю. Лабораторный практикум по физике. Физика твердого тела. Статистическая физика. Выпуск V [Текст]/ О.В. Бабурова, НИ. Журавлева, М.Ю. Королев, Л.В. Королева и др. - М.: МПГУ, 2006. - 6 п.л. (авт. вклад 1 п.л., 16%)
    15. Королев, М.Ю. Основы молекулярной физики и термодинамики. Основы физики твердого тела. Учебное пособие. Выпуск 5 [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев. - М.: МПГУ, 2006. - 11 п.л. (авт. вклад 8,25 п.л., 75%)
    16. Королев, М.Ю. Сборник задач по физике. Механика. Учебное пособие [Текст]/ М.Ю. Королев, ЛВ. Королева, НИ. Одинцова и др. - М.: МПГУ, 2010. - 8 п.л. (авт. вклад 1,6 п.л., 20%)
    17. Королев, М.Ю. Программа спецкурса "Математическое моделирование в естествознании" для специальности «Естествознание» [Текст]/ М.Ю. Королев /В сб. Естествознание: Программы и учебно-методические материалы. - М.: Владос, 1999. -СП - 80. (0,25 п.л.).
    18. Королев, М.Ю. Программа спецкурса «Физика и экологические проблемы современности» для специальности «Естествознание» [Текст]/ М.Ю. Королев /В сб. Естествознание: Программы и учебно-методические материалы. - М.: Владос, 1999. - С. 23-26. (0,25 п.л.).

    40


    1. Королев, М.Ю. Программа курса "Концепции современного естествознания" (для специальности: 030100 - «Информатика», 032100 - «Математика») [Текст]/ М.Ю. Королев, Б.Н. Фролов/В сб. «Программы дисциплин: «Концепции современного естествознания», «Физика», «Физическая картина мира», «Основы микроэлектроники» для естественно-математических специальностей педвузов». - М.: Mill У, 2004. - С. 23-39 (1 п.л.) (авт. вклад 0,5 п.л., 50%)
    2. Королев, М.Ю. Программа курса "Физика" (для специальности 032300 - химия) [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Е.В. Старцева/ В сб. «Программы дисциплин: «Концепции современного естествознания», «Физика», «Физическая картина мира», «Основы микроэлектроники» для естественно-математических специальностей педвузов». - М.: МПГУ, 2004. - С. 119-134 (1 п.л.) (авт. вклад 0,5 п.л., 50%)
    3. Королев, М.Ю. Программа курса "Физическая картина мира" (для бакалавриата по направлению 540200 - физико-математическое образование) [Текст]/ М.Ю. Королев, Л.В. Королева/В сб. «Программы дисциплин: «Концепции современного естествознания», «Физика», «Физическая картина мира», «Основы микроэлектроники» для естественно-математических специальностей педвузов». - М.: МПГУ, 2004. - С. 51-61. (0,7 п.л.) (авт. вклад 0,5 п.л., 70%)

    IV. Статьи в других изданиях

    1. Королев, М.Ю. Особенности движения материи в пространствах с неметричностью. [Текст]/М.Ю. Королев// Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. - М.: Прометей. - 1995. - С. 142-146. (0,3 п.л.)
    2. Королев, М.Ю. Математическое моделирование в естествознании. [Текст]/М.Ю. Королев, Л.В. Королева//Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. -М.: Прометей. - 1997. -С. 201-206. (0,4 п.л.) (авт. вклад 0,3 п.л., 75%)
    3. Королев, М.Ю. Курс «Современные проблемы естествознания. Основы экологии» в программе подготовки магистров образования [Текст]/М.Ю. Королев// Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. -М.: Прометей. - 1998. - С. 177-180. (0,25 п.л.)
    4. Королев, М.Ю. О некоторых проблемах интеграции и дифференциации в естественнонаучном образовании [Текст]/М.Ю. Королев// Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. -М.: Прометей. - 1999. -С. 170-173. (0,25 п.л.)
    5. Королев, М.Ю. Математическое моделирование и его реализация на семинарских занятиях по физике [Текст]/ М.Ю. Королев, О.В. Маркина// Научные труды математического факультета МПГУ (Юбилейный сборник) - М.: Прометей. - 2000. - С. 447-452. (0,4 п.л.) (авт. вклад 0,32 п.л., 70%)
    6. Королев, М.Ю. Задачи и структура курса «Концепции современного естествознания» на гуманитарных и естественных факультетах педуниверситетов. [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев, Л.В. Королева // Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. - М.: Прометей. - 2000. - С. 196-198. (0,2 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 50%)
    7. Королев, М.Ю. Моделирование как способ формирования основ теоретического мышления студентов в процессе преподавания курса физики [Текст]/ М.Ю. Королев, Л.В. Королева// Сб. Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки - М.: Прометей. - 2001. - С. 138-140. (0,2 п.л.) (авт. вклад 0,15 п.л., 70%)
    8. Королев, М.Ю. Некоторые проблемы построения современного курса физики для химических специальностей педуниверситетов. [Текст]/ Л.Н. Заварыкина, М.Ю. Королев// Научные труды МПГУ. Серия: Естественные науки. - М.: Прометей. - 2002. - С. 99-103. (0,32 п.л.) (авт. вклад 0,16 п.л., 50%)
    9. Королев, М.Ю. Методика использования математической среды Mathcad в лабораторном практикуме по квантовой физике [Текст]/ Е.В. Демин, М.Ю. Королев// В сб. «Актуальные проблемы математики, физики, информатики и методики их преподавания» (Юбилейный сборник 130 лет) - М.: Прометей. - 2003. - С. 237 - 239. (0,2 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 50%)
    10. Королев, М.Ю. Межпредметный факультативный курс «Математическое моделирование в естествознании»:   цели,  задачи,  содержание   [Текст]/ М.Ю.   Королев,  Е.Е.  Яковец // Сб.

    41


    Научные труды Mill У. Серия: Естественные науки - М.: Прометей. - 2004. - С. 162-164. (0,2 п.л.) (авт. вклад 0,15 п.л., 70%)

    1. Королев, М.Ю. О подготовке студентов естественнонаучных специальностей педвузов к работе в профильной школе [Текст]/ М.Ю. Королев // Сб. Научные труды Mill У. Серия: Естественные науки - М.: Прометей. - 2006. - С. 206-210. (0,3 п.л.)
    2. Королев, М.Ю. Роль и место курса физики в системе профессиональной подготовки учителя математики и информатики [Текст]/ Королев М.Ю., Заварыкина Л.Н., Королева Л.В., Одинцова Н.И. // Сб. «Наука в вузах: математика, информатика, физика, образование». - М.: МПГУ. - 2010. - С. 264-268. (0,3 п.л.) (авт. вклад 0,08 п.л., 27%)
    3. Королев, М.Ю. Метод математического моделирования в естественных науках [Текст]/ М.Ю. Королев. // Сб. «Наука в вузах: математика, информатика, физика, образование» - М.: Mill У. - 2010. - С. 302-305. (0,25 п.л.)

    V. Материалы конференций

    1. Королев, М.Ю. Моделирование процесса обучения физике студентов естественно-математических специальностей педвузов [Текст]/ М.Ю. Королев // Материалы VIII международной конференции «Физика в системе современного образования» (ФССО-05), кн. 1. - СПб: РГПУ, 2005. - С. 223-226. (0,25 п.л.)
    2. Королев, М.Ю. Роль метода моделирования при подготовке магистров образования [Текст]/ М.Ю. Королев // Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», часть 2. - М.: «Школа будущего», 2008. - С. 46-47. (0,13 п.л.)
    3. Королев, М.Ю. Проекты по естествознанию в профильной школе [Текст]/ М.Ю. Королев, Е.С. Крикунова// Материалы VIII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», часть 3. - М.: Mill У, 2009. -С. 97-99. (0,2 п.л.) (авт. вклад 0,1 п.л., 50%)
    4. Королев, М.Ю. Метод моделирования в системе подготовки магистров образования [Текст]/ М.Ю. Королев // Материалы X международной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-09), т.1. - СПб.: РГПУ, 2009. - С. 405-407. (0,2 п.л.)
    5. Королев, М.Ю. Некоторые философские аспекты метода моделирования [Текст]/ М.Ю. Королев // Материалы IX Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», ч. 1. - М.: Mill У, 2010. - С. 91- 94. (0,25 п.л.)
    6. Королев, М.Ю. Математическое моделирование в лабораторном практикуме при подготовке магистров по профилю «Естественнонаучное образование»                                   [Текст]/ М.Ю. Королев, Е.Б. Петрова // Материалы XI-й Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» СФП-2010. - Минск: «Издательский центр БГУ, 2010. - С. 57-58. (0,13 п.л.) (авт. вклад 0,07 п.л., 50%)
    7. Королев, М.Ю. Метод моделирования как основа интеграции в науке и образовании [Текст]/ М.Ю. Королев // Материалы X Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», ч. 2. - М.: Mill У, 2011. - С. 61- 65. (0,3 п.л.)
    8. Королев, М.Ю. Нужна ли физика бакалаврам по направлению «Педагогическое образование»? [Текст]/ М.Ю. Королев, Л.В. Королева // Материалы XI международной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-11), т. 1. - Волгоград: ВГСПУ «Перемена», 2011. - С. 334-336. (0,13 п.л.) (авт. вклад 0,07 п.л., 50%)
    9. Королев, М.Ю. Основы концепции методической системы обучения методу моделирования [Текст]/ М.Ю. Королев // Материалы XI международной конференции "Физика в системе современного образования" (ФССО-11), т. 1. - Волгоград: ВГСПУ «Перемена», 2011. - С. 251-253. (0,2 п.л.)

    42

     





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.