WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Методическая система формирования обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов физико-математического направления подготовки

Автореферат докторской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

 

 

СМИРНОВ Владимир Вячеславович

 

 

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ

ОБОБЩЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

У СТУДЕНТОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО

НАПРАВЛЕНИЯ ПОДГОТОВКИ

 

13.00.02 — теория и методика обучения и воспитания

(физика)

 

 

 


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

 

 

 

 

Волгоград – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Астраханский государственный университет»

Научный консультант —                доктор педагогических наук,        профессор

                                                         Стефанова Галина Павловна,

(ФГБОУ ВПО «Астраханский

государственный университет»).

Официальные оппоненты:              Сериков Владислав Владиславович,

засл. деятель науки РФ, чл.-кор. РАО,

доктор педагогических наук,

профессор ФГБОУ ВПО «Волгоградский

государственный социально-педагогический

университет», зав. кафедрой управления

педагогическими системами;

                                                         Исаев Дмитрий Аркадьевич,

доктор педагогических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Московский педагогический

государственный университет», декан

факультета физики и информационно-

коммуникационных технологий;

Агибова Ирина Марковна,

доктор педагогических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Ставропольский государст-

венный университет», декан физико-

математического факультета.

 

Ведущая организация —               ФГБОУ ВПО «Уральский государственный

педагогический университет».

Защита состоится 23 мая 2012 г. в 12.00 час. на заседании диссертационного совета ДМ 212.027.04 в Волгоградском государственном социально-педагогическом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, пр. им. В.И. Ленина, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Волгоградского государственного социально-педагогического университета.

Автореферат разослан 18 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                              Т.М. Петрова


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Необходимым условием формирования инновационной экономики России является модернизация системы образования, которая становится основой динамичного экономического роста, социального развития общества, фактором благополучия граждан и безопасности страны. Руководители Российской Федерации неоднократно подчеркивали, что стране нужны активные, конкурентоспособные специалисты — выпускники вузов, молодые ученые, способные самостоятельно осуществлять исследования поставленных проблем и получать практически значимые результаты. Создаются условия для реализации исследовательской деятельности талантливых молодых людей: организуются технопарки, бизнес-инкубаторы, инновационные центры, научно-технические выставки молодежных проектов (Сколково, Зворыкинский проект, программы «Селигер», «СТАРТ», «У.М.Н.И.К.» и мн. др.).

Вузы всегда были заинтересованы в подготовке выпускников, способных самостоятельно и активно действовать. Овладеть какой-либо деятельностью возможно, только многократно выполнив ее. Именно поэтому в учебные планы российских и зарубежных университетов включены формы занятий, позволяющие формировать у студентов исследовательские качества. К ним можно отнести различные виды лабораторных физических практикумов. Обучение студентов исследовательской деятельности на лабораторных занятиях является проблемой не сегодняшнего дня, она стояла и раньше. Не случайно, начиная с середины XVIII в., в университетах создаются учебные и научные лаборатории, «в которых студенты могли бы после лекций осуществлять экспериментальные физические исследования» .

На необходимость организации занятий по исследованию изучаемых студентами физических явлений указывали такие выдающиеся физики, как

И.А. Иоффе, П.Л. Капица, Л.Д. Ландау, П.Л. Лебедев, Дж. К. Максвелл,

А.Г. Столетов, Н.А. Умов, Р. Фейнман и др. Они считали, что «изучать любое явление в природе (будь то падение тела, разряд в трубке, барометрическое давление) необходимо как экспериментальное физическое исследование, при проведении которого надо с самого начала обращать внимание на методику физических исследований» . В связи с этим возникает потребность в разработке содержания лабораторных работ практикумов и методики их проведения.

В настоящее время существует большое число учебных пособий, содержащих описание лабораторных работ практикумов в различных российских и зарубежных университетах, изданных под редакцией таких известных авторов, как А.С. Ахматов, К.А. Барсуков, С. Герберт,

Е.М. Гершензон, Л.Л. Гольдин, В.И. Иверонова, В.И. Козлов, Н.Н. Малов,

А.Н. Мансуров, А. Портис, Г. Роуэл, Ю.И. Уханов и др.

Описания лабораторных работ, представленные в большинстве пособий российских авторов, составлены по единой структурной схеме: 1) название работы; 2) цель работы; 3) приборы и принадлежности; 4) теоретическое введение; 5) описание экспериментальной установки; 6) порядок выполнения работы;

7) измерение и обработка результатов; 8) вопросы и упражнения. Аналогичная структура описания лабораторных работ имеет место и в различных практикумах по электрорадиотехнике, физическим основам информационно-коммуникационных технологий и вычислительной технике, основам автоматики и вычислительной технике, специальных физических практикумах.

В московских инженерно-физическом и физико-техническом университетах (МИФИ и МФТИ) — вузах, где готовят физиков-исследователей, описание работ в практикумах имеет ту же структуру. Незначительное отличие состоит в том, что после описания установки следуют простые экспериментальные задания, выполнение которых, по мнению авторов, позволит студенту понять особенности исследуемого явления и измерительной аппаратуры, убедиться в ее исправности (Л.Л. Гольдин, Ф.Ф. Игошин,

С.М. Козел, В.В. Можаев, Э.А. Нерсесов, В.Д. Попов). Зарубежные практикумы не содержат подробного теоретического введения и инструкций по выполнению исследования.

Методика обучения студентов исследовательской деятельности сложилась и включает следующие этапы проведения занятий в различных лабораторных практикумах: получение допуска к выполнению работы по результатам изучения теоретического материала и описанию готовой экспериментальной установки; выполнение работы по жестко регламентированным указаниям; оформление отчета по работе и защита его у преподавателя для получения зачета. Письменный отчет установленной формы содержит предполагаемый результат измерений, и при допущении студентом не слишком большой погрешности работа считается выполненной и защищенной. Как правило, мотивом выполнения лабораторной работы служит получение зачета. Лабораторный практикум воспринимается студентами как не очень нужный, но предусмотренный учебными планами вид занятий.

В вузах, выпускающих физиков-исследователей, занятия практикума отличаются большей самостоятельностью студентов из-за отсутствия детального описания выполнения эксперимента и готового способа оценки погрешности полученного результата. Однако методика их проведения остается такой же, как и в других университетах.

Аналогично проходят занятия практикумов и в зарубежных вузах. При этом следует отметить, что лабораторные работы практикума по общей физике проводятся фронтально. Все студенты получают одинаковые задания, но каждый выполняет его самостоятельно на своей экспериментальной установке с различными исходными параметрами (университет Кларка, г. Вустер, США; университеты городов Зиген (Германия); Куопио (Финляндия); Кембридж (Великобритания); КНК- колледж, г. Гел (Бельгия).

Таким образом, анализ существующей методики проведения занятий лабораторных практикумов в различных университетах позволил сделать вывод о том, что не всегда эти занятия приводят к желаемому результату — полноценной подготовке студента к самостоятельному проведению экспериментальных исследований. Поиск путей совершенствования содержания лабораторных практикумов и методики их проведения стал предметом многочисленных диссертационных исследований. Сложилось несколько направлений решения этой проблемы.

Одно из них связано с изменением содержания практикумов. Авторы предлагают уйти от традиционной тематики лабораторных работ, относящихся к конкретным разделам курса физики (механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, оптика и др.) и представить практикум в виде системы экспериментальных или «проблемно-ориентированных» задач (В.И. Барчук, А.А. Лагутина, Л.В. Сухотина, И.И. Хинич и другие). Примером могут служить задачи на применение определенных методов исследования физических явлений — методы оптической, электронной и зондовой микроскопии. Предварительное знакомство студентов с ними предлагается осуществлять на так называемых «интегративных» лекциях (А.А. Лагутина). Другие задачи связаны с изучением физических свойств новых материалов и структур твердотельной электроники (И.И. Хинич). Третья группа учебных экспериментальных задач направлена на создание условий для усвоения студентами методологических знаний: структуры постановки физического эксперимента, способов логико-математической обработки эмпирических данных (В.И. Барчук, Л.В. Сухотина).

Следующее направление исследований связано с модернизацией практикумов путем внедрения в них новых приборов, устройств и современных методов исследования (К.А. Аржаных, М.В. Горшечников, В.В. Майер, Р.В. Майер, И.А. Осипова, А.А. Селиверстова, В.В. Сперантов, И.И. Хинич и др.).

В качестве отдельного направления можно выделить исследования, связанные с введением в практикумы информационных и коммуникационных технологий (ИКТ): исследование с помощью компьютера моделей объектов, физических явлений и процессов, использование в натурном эксперименте датчиковых систем, осуществление обработки экспериментальных данных (А.В. Говорков, В.В. Горин, О.Е. Данилов, Г.В. Ерофеева, К.А. Коханов, В.В. Ларионов, Ю.В. Федорова, Г.А. Шмелева и др.).

По результатам проведенного анализа можно сделать вывод о том, что большинство исследований направлено на разработку приборов, устройств, программных продуктов, различных экспериментальных задач, т. е. средств, с помощью которых можно обучать студентов исследовательской деятельности. При этом форма организации их работы в практикуме остается неизменной: изучение теоретического материала, готовой экспериментальной установки, выполнения рекомендованных действий.

Впервые изменить содержание и форму обучения будущих учителей физики в лабораторном практикуме предложила С.В. Анофрикова, включив в него формирование отдельных обобщенных действий по созданию экспериментальной установки для воспроизведения любого физического явления, планированию и проведению эксперимента. Обучение такой деятельности позволяет получить, по мнению автора, выпускника, способного действовать в быстро меняющихся условиях развития и обновления школьного физического эксперимента. Объясняется это формированием у обучаемых обобщенного метода выполнения экспериментальной деятельности, обладающего свойством широкого переноса и применимого для воспроизведения любых физических явлений в любых конкретных условиях.

Других исследований, связанных с формированием у студентов обобщенных видов деятельности в физических практикумах, ранее не проводилось.

Для того чтобы установить, позволяет ли сложившаяся система обучения студентов в практикумах сформировать у них способности к экспериментальной исследовательской деятельности, был проведен констатирующий эксперимент, в котором приняли участие 1100 студентов 1–3-х курсов физико-математического, педагогического направлений подготовки, технических специальностей различных вузов (классические, технические, педагогические университеты) городов Астрахани, Москвы, Волгограда, Ростова-на-Дону, Брянска. Студентам, завершившим выполнение физического практикума, было предложено выполнить самостоятельно определенные действия, входящие в содержание экспериментальной исследовательской деятельности: сформулировать цель эксперимента, выделить этапы экспериментального исследования, составить план, аргументировать подбор необходимых приборов и метода обработки результатов. Такие же задания получили студенты, выполнившие конкретную лабораторную работу физического практикума. Результаты эксперимента и наши многолетние наблюдения в процессе преподавания убедительно подтвердили, что студенты затрудняются в формулировании цели экспериментального исследования и конечного продукта экспериментальной деятельности, не осознают необходимости последовательного выполнения ее общих этапов. Они затрудняются в применении теоретических положений физики для оценки параметров экспериментальной установки, приборов, технических устройств; предлагают метод обработки результатов только по инструкции. В итоге многочисленные разнообразные лабораторные работы предстают перед студентами как самостоятельные, не связанные друг с другом типы экспериментальной деятельности, и в результате выполнения большого числа работ практикума студенты не приобретают умения ориентироваться в конкретной ситуации физического экспериментального исследования. Таким образом, при сложившейся системе обучения в практикумах невозможно подготовить студентов, в полной мере способных к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований.

Отсутствие целостной методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований — недостаточность разработки цели, содержания обобщенных методов проведения типовых экспериментальных исследований, организационных форм существующей профессиональной подготовки будущих специалистов — отражает ряд противоречиймежду:

— потребностью общества в специалистах, владеющих исследовательской деятельностью, и невозможностью в полной мере удовлетворить эту потребность при сложившейся системе подготовки, ориентированной на передачу знаний, а не на овладение способами деятельности в обобщенном виде;

— потенциалом экспериментальной физики, в которой существуют общие типовые цели экспериментальных исследований, и невозможностью его реализации в современных практикумах, содержащих множество конкретных лабораторных работ, цели которых не соответствуют конечным продуктам экспериментальной деятельности физиков;

— возможностью выявления обобщенного содержания методов экспериментальных исследований на основе анализа описаний экспериментальной деятельности выдающихся ученых и направленностью существующей подготовки на обучение студентов множеству частных приемов выполнения конкретных лабораторных работ;

— необходимостью организации физического практикума, направленного на формирование у студентов обобщенных методов самостоятельного проведения физических экспериментальных исследований, и отсутствием структуры, содержания, методики и дидактического обеспечения проведения такого практикума в вузе.

Существование названных противоречий обусловливает актуальность исследования, проблемойкоторого является разработка методической системы подготовки студентов к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований, что и определило выбор темы исследования: «Методическая система формирования обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов физико-математического направления подготовки».

Объектом исследования является процесс обучения студентов физико-математического направления подготовки проведению экспериментальных физических исследований.

Предметом исследования является методическая система формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

Цель исследованияразработать и реализовать научные основы методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

Общая идея, положенная в основу исследования, состоит в возможности выявить типы экспериментальных исследовательских задач, решаемых физиками при выполнении конкретных исследований; разработать обобщенные методы их планирования и проведения и не только обучать студентов частным методам выполнения лабораторных работ в практикуме, но и формировать у них каждый обобщенный метод проведения физического экспериментального исследования выделенного типа как деятельность определенного содержания. Вследствие этого многообразие лабораторных работ можно систематизировать по определенным типам экспериментальных исследований.

Под обобщенным методом будем понимать последовательность логически взаимосвязанных обобщенных действий, выполнение которых приводит к достижению заданной цели. Обобщенное действие — результат обобщения конечных продуктов выполнения конкретной деятельности. Психологами установлено, что обобщенные методы обладают свойством широкого переноса: их можно использовать при решении большого круга задач не только в рамках одного предмета, но и на занятиях по другим дисциплинам, а также в практической деятельности.

В качестве теоретической основы исследования использованы следующие положения философии и психолого-педагогической теории деятельности:

— человеческая деятельность — это активность человека, направленная на создание определенного конечного продукта, достижение познавательной или социально значимой цели;

— цель только тогда побуждает человека к деятельности, когда она порождается его потребностью;

— сознательная цель, как закон, определяет способ и характер деятельности человека по ее достижению;

— в цели указывается образец конечного продукта, на создание которого направлена активность человека;

— деятельность человека по достижению сознательной цели осуществляется в три этапа. На первом — ориентировочном (проектировочном) — этапе человек разрабатывает программу преобразования объекта деятельности в конечный продукт с заданными свойствами, т. е. создает ориентировочную основу деятельности (ООД) по достижению цели. П.Я. Гальперин выделил три типа ООД и в соответствии с этим три типа учения. Третий тип учения является наиболее эффективным и характеризуется тем, что ориентиры предоставляются субъекту в обобщенном виде, характерном для целого класса явлений. В каждом случае ООД составляется обучающимся самостоятельно с помощью данного ему общего метода. Выработанная таким образом ООД является полной, и, соответственно, деятельность, формируемая по этому типу, отличается быстротой и безошибочностью, характеризуется широкой областью применимости. Это означает, что «присвоенные» человеком обобщенные методы выполнения какой-либо деятельности становятся стилем его мышления и обеспечивают независимость от конкретных условий. На втором — исполнительном — этапе человек, действуя с материальными объектами и средствами в соответствии с разработанной программой, создает конечный продукт. На третьем — контрольном — этапе человек, используя созданный конечный продукт сообразно заложенным в него свойствам, устанавливает, удовлетворяет ли он ту потребность, ради которой был создан.

Гипотезу исследованиясоставило предположение о том, что подготовка студентов к исследовательской деятельности в практикуме по общей и экспериментальной физике возможна, если:

— выделить типовые познавательные задачи, вытекающие из сущности физического эксперимента и многократно решаемые физиками-экспериментаторами в процессе исследовательской деятельности;

— цели лабораторных работ физического практикума представить как типовые познавательные задачи, решаемые экспериментально;

— разработать методы решения этих задач в обобщенном виде и выделить опорные знания, необходимые для выполнения каждого действия метода;

— формирование обобщенных умений проведения физических экспериментальных исследований осуществлять в рамках целостной методической системы, включающей целевой, содержательный (разработка структуры учебного процесса, содержания занятий практикума, обеспечивающих формирование обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов, обучающихся на физико-математическом направлении подготовки) и процессуальный (методы, средства и организационные формы, адекватные целям) компоненты;

— изменить учебный процесс практикума таким образом, чтобы обобщенные методы решения выделенных типовых экспериментальных познавательных задач стали предметом специального усвоения студентов;

— разработать методику обучения студентов всем действиям, входящим в содержание обобщенных методов, и методам в целом;

— разработать необходимое дидактическое обеспечение учебного процесса.

В соответствии с целью и гипотезой были сформулированы задачиисследования:

1. Выявить состояние проблемы подготовки студентов к проведению физических экспериментальных исследований.

2. Выделить типы познавательных задач, многократно решаемых физиками в ходе конкретных экспериментальных исследований.

3. Разработать обобщенные методы решения выделенных типов задач.

4. Выделить опорные знания, необходимые для выполнения каждого действия метода.

5. Научно обосновать и разработать концепцию методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

6. Разработать модель методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

7. Разработать методику обучения студентов всем действиям, входящим в содержание обобщенных методов, и методам в целом.

8. Экспериментально проверить эффективность разработанной методической системы.

В качестве методологической основы исследования использовались:

— результаты психолого-педагогических исследований по теории деятельности (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.) и их приложения к содержанию и методике обучения исследовательской деятельности (С.В. Анофрикова,

И.А. Крутова, А.В. Усова, Т.Н. Шамало и др.);

— результаты методических исследований, построенных на основе психологической теории планомерного формирования обобщенных видов деятельности при обучении физике школьников и студентов (Е.Ю. Баркова, Н.И. Одинцова, Л.А. Прояненкова, Г.П. Стефанова, Т.А. Твердохлебова, С.А. Тишкова и др.);

— идеи целостного подхода к изучению педагогических систем (Ю.К. Бабановский, В. С. Ильин, В. В. Краевский, Н. К. Сергеев, В. В. Сериков, Ю. П. Сокольников, Н. Д. Хмель и др.);

— труды выдающихся ученых, в которых описаны содержание и результаты деятельности по экспериментальному исследованию физических явлений (А. Беккерель, Р. Бунзен, В. Гильберт, Р. Гук, X.Камерлинг-Оннес,

Ш. Кулон, П. Кюри, П.Н. Лебедев, Г. Ом, Б. Паскаль, В.К. Рентген,

М. Складовская-Кюри, А.Г. Столетов, М. Фарадей, Г.-Хр. Эрстед и др.).

Теоретическую основу исследования составили:

— система взглядов на содержание практикумов и организацию их проведения в различных российских и зарубежных университетах (А.С. Ахматов, К.А. Барсуков, С. Герберт, Е.М. Гершензон, Л.Л. Гольдин, В.И. Иверонова, В.И. Козлов, Н.Н. Малов, А.Н. Мансуров, Э.А. Нерсесов, В.Д. Попов, А. Портис, Г. Роуэлл, Ю.И. Уханов и др.);

— результаты диссертационных исследований по совершенствованию содержания лабораторных практикумов по физике и методике их проведения (К.А. Аржаных, В.И. Барчук, А.В. Говорков, В.В. Горин, М.В. Горшечников, О.Е. Данилов, Г.В. Ерофеева, К.А. Коханов, А.А. Лагутина, В.В. Ларионов, В.В. Майер, Р.В. Майер, И.А. Осипова, А.А. Селиверстова, В.В. Сперантов, Л.В. Сухотина, Ю.В. Федорова, И.И. Хинич, Г.А. Шмелева и др.);

— фундаментальные законы, модели, описывающие физические явления, процессы, и экспериментальные методы их исследования (В. Акоста, Э.Б. Бурсиан, Е.М.Гершензон, Г.А.Зисман, Н.Н.Малов, Д. Орир, И.В. Савельев, Д.В. Сивухин, А.В. Тимофеева, Т.И. Трофимова, Б.М. Яворский и др.).

Методы исследования.Теоретические: анализ философской, естественнонаучной, технической, психолого-педагогической, методической литературы по теме исследования; обобщение, классификация, разработка модели деятельности преподавателя по подготовке учебного процесса для обучения студентов исследовательской экспериментальной деятельности; разработка методики формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований. Экспериментальные: наблюдение за деятельностью преподавателей университетов по организации и проведению практикумов; беседы с преподавателями и студентами различных университетов; анкетирование, педагогический эксперимент; обработка результатов педагогического эксперимента; личное преподавание.

Экспериментальной базой исследованияпослужили ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет», «Астраханский государственный технический университет», «Астраханский инженерно-строительный институт», «Волжская государственная академия водного транспорта», «Московский институт инженеров транспорта», «Донской государственный технический университет» и «Дагестанский государственный университет». Всего в экспериментальном исследовании приняли участие более 1100 студентов и более 20 преподавателей. Исследование проводилось в течение 7 лет (2004—2011 гг.) и включало в себя три этапа.

На первом этапе (2004—2006 гг.) проведено изучение состояния проблемы исследования в педагогической теории и практике; разработан понятийный аппарат; изучены требования государственных и федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования различных специальностей и направлений подготовки; организован и проведен констатирующий эксперимент; получены результаты, позволившие сформулировать цель и задачи исследования, выдвинуть гипотезу.

На втором этапе (2005—2007 гг.) были сформулированы основные положения концепции методической системы подготовки студентов к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований; выделены типы познавательных исследовательских задач, решаемых экспериментально, и разработаны обобщенные методы их решения; разработана модель процесса обучения студентов обобщенным методам решения познавательных задач различных типов. Осуществлялся поисковый этап педагогического эксперимента, на котором устанавливалась возможность реализации всех этапов, описанных в модели учебного процесса. В итоге была предложена методика формирования у студентов обобщенных методов проведения физических исследований в практикумах по общей и экспериментальной физике, разработан учебно-методический комплекс, включающий в себя учебное пособие «Введение в практикум по общей физике», методические рекомендации для преподавателей вузов и рабочую тетрадь для студентов.

На третьем этапе (2007—2011 гг.) проводился обучающий эксперимент, осуществлялись апробация материалов исследования, срезы знаний и умений студентов, формулировались выводы по итогам опытно-экспериментальной работы и оформлялась диссертационная работа.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Процесс обучения студентов общей физике включает в себя теоретическую и экспериментальную подготовку. Содержание экспериментальной подготовки направлено на овладение студентами методами исследовательской деятельности. Формирование исследовательских качеств в физическом практикуме осуществляется через формирование у студентов обобщенных методов планирования и проведения физических экспериментальных исследований, соответствующих типовым познавательным задачам, выявленным в результате изучения исследовательской деятельности физиков-экспериментаторов.

2. Типовыми познавательными задачами, решаемыми экспериментально, являются задачи, связанные с воспроизведением физического явления, установлением факта зависимости одной физической величины от другой, нахождением значения конкретной физической величины и установлением вида зависимости между физическими величинами. В соответствие им поставлены адекватные познавательные задачи практикума по общей физике, решаемые студентами в ходе его выполнения.

3. Сформулировано понятие обобщенных методов решения выделенных типовых познавательных задач, которые представлены последовательностью взаимосвязанных обобщенных действий, соответствующих логике проведения физических экспериментальных исследований.

4. Методологической основой разработки методической системы обучения студентов исследовательской деятельности является концепция, суть которой состоит в следующем:

— типовые познавательные задачи, решаемые с применением эксперимента, должны стать целями самостоятельного проведения студентами физических экспериментальных исследований в практикумах по курсу общей физики;

— в процессе реализации физического практикума студенты должны овладеть обобщенными методами решения типовых познавательных задач и применять их при планировании и проведении конкретных экспериментальных исследований.

5. Подготовка студентов к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований может быть обеспечена при реализации методической системы, включающей в себя следующие компоненты:

? целевой — студенты, владеющие обобщенными методами экспериментального решения типовых познавательных задач;

? содержательный — знания о физическом эксперименте, умения ставить и решать типовые экспериментальные задачи, владение творческим опытом, понимание значимости и роли эксперимента в физическом познании. Эти элементы опыта находят отражение в разработанной структуре, состоящей из: 1) введения в практикум по общей физике (специально разработанного курса, предшествующего выполнению работ практикума). Учебный процесс в нем организован так, чтобы студенты во время занятий овладели каждым действием, входящим в содержание обобщенных методов решения познавательных задач, и самими обобщенными методами в целом. Для этого они получают опорные знания и многократно выполняют формируемые действия, применяя их; 2) тематических циклов занятий в практикуме по общей физике, накоторых студенты получают конкретные исследовательские задания и самостоятельно разрабатывают принципиальные схемы экспериментальных установок для их выполнения, подбирают оборудование (или изучают имеющееся), составляют программу решения поставленной задачи, реализуют ее и обрабатывают полученные результаты самостоятельно выбранным методом;

? процессуальный — методикаобучения, при которой студенты все действия, входящие в содержание обобщенных методов, а также всю систему действий, составляющих содержание методов, многократно выполняют самостоятельно, и методика организации занятий по самостоятельному проведению студентами конкретных исследований. Обобщение построено на основе сущностных характеристик эксперимента и многократном повторении действий физиков-экспериментаторов; комплекс дидактических средств, обеспечивающих подготовку студентов к самостоятельному планированию и проведению исследований, состоящий из:

— учебного пособия для студентов «Введение в практикум по общей физике», включающего в себя обоснование опорных знаний, необходимых для правильного однозначного выполнения каждого действия обобщенных методов решения познавательных задач выделенных типов, примеры выполнения действий с опорой на эти знания, справочный материал об экспериментальных средствах, применяемых в физических исследованиях;

— руководства для преподавателей, включающего в себя информацию об особенностях проведения занятий в курсе «Введение в практикум по общей физике», планировании учебного процесса, возможных вариантах выполнения предлагаемых студентам заданий;

— рабочей тетради для студентов, включающей в себя систему упражнений, позволяющую в удобном для студента темпе многократно выполнять те или иные действия, входящие в содержание обобщенных методов решения ПЗ, контрольные задания для проверки сформированности действий и методов в целом. Тетрадь составлена так, что позволяет студенту сократить непродуктивные затраты времени на оформление рабочих отчетов, а преподавателю — на контроль качества работы студента.

Научная новизна результатов исследования.

1. Разработана концепция методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения экспериментальных физических исследований в условиях профессиональной подготовки в вузе, отличительной особенностью которой является выделение указанных методов, включающая следующие основные положения:

— целью экспериментальной деятельности студентов в физических практикумах должны стать типовые познавательные задачи, выделенные в процессе экспериментальной деятельности физиков-исследователей;

— в физическом практикуме студенты должны овладеть обобщенными методами экспериментального решения типовых познавательных задач и научиться планировать конкретные физические исследования с опорой на обобщенные методы;

— для осмысления содержания обобщенных методов решения типовых познавательных задач экспериментально они должны быть выделены самими студентами;

— содержание обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований, соответствующих выделенным познавательным задачам, обязательно должно стать предметом специального усвоения.

2. Впервые на основе анализа экспериментальной деятельности выдающихся физиков и обобщения полученных ими результатов экспериментов выделены четыре типа познавательных задач, которым в соответствие поставлены адекватные познавательные задачи практикума по общей физике, решаемые студентами в ходе его выполнения.

3. Введено в обращение понятие обобщенных методов решения выделенных типовых познавательных задач.

4. Сконструирована модель методической системы, направленной на

достижение цели по формированию у студентов обобщенных методов самостоятельного планирования и проведения физических экспериментальных исследований. Ее отличительной особенностью является изменение существующей в университетах структуры физического практикума. Предлагаемая система организации учебного процесса в физическом практикуме по курсу общей физики состоит из двух частей: 1) специальные занятия по формированию обобщенных методов решения познавательных задач выделенных типов, а также обобщенных методов обработки результатов эксперимента; 2) цикл занятий по самостоятельному применению обобщенных методов для планирования и проведения конкретных физических исследований.

В содержание первой части практикума включены выделенные типы познавательных задач, обобщенные методы их решения, опорные знания для выполнения каждого действия метода. Содержанием второй части практикума являются конкретные формулировки целей физических экспериментальных исследований.

Для того чтобы обобщенные методы проведения физических экспериментальных исследований были «присвоены» студентами, необходимы специальные дидактические средства. Для реализации первой части практикума были разработаны задания, позволяющие сформировать у студентов каждое действие обобщенных методов и методов в целом. Для организации самостоятельной экспериментальной деятельности студентов были разработаны задания в виде формулировок познавательных задач различных типов.

Методика формирования у студентов обобщенных методов основана на многократном выполнении отдельных действий, входящих в их содержание, а также всей системы действий, составляющих содержание методов.

Контроль осуществляется за выполнением каждого действия. При организации второй части практикума создаются условия для самостоятельного проведения физических экспериментальных исследований с опорой на обобщенные методы. Контролируется деятельность студентов по конечному результату.

5. Условиями, необходимыми для реализации предлагаемой модели в различных вузах, является специальное обучение преподавателей обобщенным методам решения познавательных задач выделенных типов, методике организации исследовательской деятельности студентов в практикумах и наличие разработанного учебно-методического обеспечения учебного процесса.

Теоретическая значимостьпроведенного исследования заключается в том, что его результаты вносят вклад в теорию и методику обучения физике (уровень высшего профессионального образования) за счет разработки целостной методической системы формирования у студентов обобщенных методов самостоятельного проведения физических экспериментальных исследований. Результаты исследования конкретизируют положения деятельностной теории обучения обобщенным приемам познавательной деятельности применительно к формированию у студентов вузов обобщенных методов решения типовых познавательных задач; раскрывают содержание экспериментальной исследовательской деятельности студентов при выполнении работ практикума по общей физике через включение их в экспериментальное решение познавательных задач выделенных типов. Полученные результаты могут служить теоретической основой разработки методик обучения исследовательской деятельности студентов других направлений подготовки.

Практическая ценностьрезультатов исследования состоит в том, что выделенные типы познавательных задач, разработанные методы их решения, опорные знания для выполнения всех действий методов, методика организации деятельности студентов в практикумах, методическое обеспечение, входящие в модель учебного процесса, позволяют любому преподавателю вуза после соответствующей подготовки успешно формировать у студентов умения самостоятельно планировать и проводить конкретное экспериментальное физическое исследование. Методическое обеспечение данной модели учебного процесса представлено в виде:

— учебно-методического комплекса для организации проведения занятий лабораторного практикума по курсу общей физики;

— учебно-методических пособий по специальным физическим практикумам, рекомендованных УМО и НМC по физике к внедрению в учебный процесс вузов;

— виртуальными лабораторными практикумами по общей физике и общетехническим дисциплинам.

Апробация результатов исследования осуществлялась через:

— участие в международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2000—2009), II Международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз» (Москва, 2000), международных конференциях «Нелинейный мир. Образование. Экология. Экономика. Информатика» (Астрахань, 2003), «Физика в системе современного образования» (Ярославль, 2001, С.-Петербург, 2005, 2007, 2009; Волгоград, 2011), «Современный физический практикум» (С.-Петербург, 2002; Волгоград, 2006; Астрахань, 2008), международных научно-методических конференциях преподавателей вузов, ученых и специалистов «Высокие технологии в педагогическом процессе» (Н. Новгород, 2004—2006), международных научных конференциях «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2006—2008, 2011), Международном семинаре «Выездная секция по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурных объектах» (Астрахань, 2003), международных научно-практических конференциях «Стратегия и тактика социально-экономического развития общества» (Астрахань, 2004), «Инновационные технологии и средства обучения физике, химии, биологии» (Астрахань, 2007), «Информатизация образования» (Калуга, 2007; Славянск-на-Кубани, 2008); Международной заочной научно-методической конференции «Высшее профессиональное образование: современные тенденции, проблемы перспективы» (Саратов, 2010) и других; участие в совместных заседаниях Секции «Физика в педагогических вузах» НМС по физике Министерства образования и науки РФ (5—6 окт. 2006 г., г. Астрахань) и Учебно-методических комиссий по физике УМО по специальностям и УМО по направлениям педагогического образования (10—11 нояб. 2009 г., г. Астрахань); участие в конференциях, проводившихся в 2000—2011 гг. Астраханским государственным университетом и Астраханским областным институтом усовершенствования учителей, на кафедрах общей физики, теоретической физики и методики преподавания физики, на кафедре машин и аппаратов сварочного производства Донского государственного технического университета;

— публикацию материалов исследования в различных научных, научно-методических изданиях, периодической печати (всего опубликовано более 100 работ общим объемом 108,1 п.л., из них авторских — 70,4 п.л., в том числе 2 монографии, 12 учебно-методических пособий (5 с грифом НМС по физике для специальности 510400 «Физика»), 18 свидетельств о регистрации интеллектуальной собственности, 21 статья в изданиях, рекомендованных ВАК РФ);

— вовлечение преподавателей в научно-методический семинар физических кафедр Астраханского государственного университета;

— использование разработанных в исследовании теоретических положений в кандидатских диссертациях, выполняемых под руководством диссертанта (2 работы находятся в стадии завершения).

Внедрение результатов исследования в практику профессиональной подготовки будущих специалистов осуществлялось в процессе:

— разработки и реализации опытно-экспериментальных моделей профессиональной подготовки на кафедрах общей физики Астраханского государственного университета (2005—2011 гг.), кафедрах физики и химии Московского института инженеров транспорта (Астраханский филиал, 2005—2011 гг.), кафедрах машиностроения и автоматизации сварочного производства Донского государственного технического университета (2007—2009 гг.);

— разработки и реализации программ учебных курсов («Введение в практикум по общей физике», «Физические основы оптико-электронных измерений», «Лабораторный практикум. Физика атомов и атомных явлений», «Оптико-электронные измерения: лабораторный практикум», «Электрические и магнитные измерения»); виртуальных физических практикумов для дистанционного образования и рекомендаций по их изучению для студентов и магистрантов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 342 с. Работа включает 78 таблиц, 36 рисунков. Список литературы содержит 265 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении аргументирована актуальность исследования; описан его методологический аппарат (объект, предмет, теоретические основы, гипотеза, цель, задачи и методы исследования); выявлены новизна, теоретическая и практическая значимость исследования; сформулированы положения, выносимые на защиту; приведены сведения о результатах констатирующего эксперимента и об апробации результатов диссертационного исследования.

В первой главе «Состояние проблемы подготовки студентов к проведению экспериментальных физических исследований» представлены результаты анализа содержания лабораторных практикумов по общей физике и состояния подготовки выпускников вузов к самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований.

Анализ перечня направлений подготовки студентов в вузах РФ и специальностей, а также государственных и федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ГОС ВПО, ФГОС ВПО) позволил установить, что в 24 из 28 укрупненных групп направлений подготовки (например, «Физико-математические науки», «Естественные науки» и др.) физика является обязательным учебным предметом. В учебных планах университетов, где студенты изучают курс общей и экспериментальной физики, на его освоение отводится в среднем около 20% от всего объема учебного времени; в учебных планах зарубежных вузов при подготовке бакалавров физики на данный курс выделено 12% от всего времени обучения.

Фундаментальные исследования в области методологии и философии познания эксперименту отводят особую роль. Он служит и критерием истины, подтверждая или опровергая разработанные теории, и источником возникновения новых представлений об окружающей нас действительности. Эти положения находят отражение и в постнеклассической парадигме образования, предполагающей формирование человека умеющего, а не только знающего.

Единственной формой занятий, позволяющей обучить студентов проведению экспериментальных исследований, является физический практикум, поэтому в учебных планах многих специальностей и направлений подготовки лабораторные работы физического практикума составляют треть учебного времени, отводимого на изучение курса физики.

Для организации и проведения занятий в практикумах российских и зарубежных университетов разработаны учебные пособия для студентов, содержащие описания лабораторных работ. Анализ этих публикаций, сайтов российских и зарубежных университетов позволил установить, что методы планирования и проведения экспериментальных исследований не являются предметом специального усвоения студентами.

В пособиях, как правило, формулируются названия лабораторных работ, а не цели экспериментальных исследований; перечисляются приборы и материалы, используемые в работе; приводится теоретический материал, зачастую опережающий лекционный курс; даются схемы экспериментальных установок; приводится перечень действий студентов для выполнения и получения требуемого результата.

Методика организации занятий во всех практикумах фактически одинакова: осуществление преподавателем допуска студентов к выполнению работы, проведение эксперимента по готовой инструкции на собранной экспериментальной установке, отчет студента о проделанной работе и получение зачета.

Для установления возможности при существующей организации занятий в лабораторном практикуме по общей физике и его методическом обеспечении подготовить студентов к самостоятельному проведению экспериментальных исследований был проведен констатирующий эксперимент, в котором участвовали 1100 студентов, обучающихся на 2—4-м курсах по специальностям «Физика», «Прикладная математика», «Информатика», «Оборудование и технология сварочного производства» (Астраханский государственный университет), «Радиофизика» (Московский инженерно-физический институт), «Прикладная математика и информатика» (Волгоградский государственный педагогический университет), «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов» (Астраханский государственный технический университет). Его целью была проверка умений студентов формулировать цель эксперимента; разрабатывать идею эксперимента и принципиальную схему экспериментальной установки (ЭУ), необходимой для его реализации; составлять план проведения экспериментального исследования; обрабатывать полученные результаты.

Было установлено, что сформулировать цель исследования могут 9% (99 человек из 1100 опрошенных) респондентов, разработать идею эксперимента и принципиальную схему экспериментальной установки по имеющемуся теоретическому описанию — 5% (55 человек), составлять план проведения экспериментального исследования — 15% (165 человек), обрабатывать полученные результаты — 41% (451 человек). Выявлены следующие недостатки содержания и методики проведения физических практикумов:

— отсутствие в формулировках целей лабораторных работ указаний на конечный продукт экспериментальной деятельности, который не может быть выражен словами «изучить … (указывается конкретный прибор)», «проверить закон … (называется конкретный закон)»;

— схема экспериментальной установки, программа проведения лабораторной работы, таблица, в которой фиксируются результаты измерений, расчетная формула для вычисления искомой физической величины, методы подсчета погрешностей измерений и вычислений даются студентам в готовом виде;

— содержание практикумов профессионально не ориентировано: все практикумы по курсу общей и экспериментальной физики одинаковы для подготовки разных специалистов, их отличие состоит лишь в объеме учебного времени, отводимого на выполнение лабораторных работ, и числа этих работ.

В итоге сделан вывод, что существующая организация занятий в практикумах по общей физике и его методическое обеспечение не создают у студентов потребности в овладении исследовательскими экспериментальными умениями — способностью самостоятельно в ходе экспериментальной деятельности выполнять умственные и практические действия, соответствующие научно-исследовательской деятельности и подчиняющиеся логике научного исследования (Е.С. Кодикова), и не позволяют в полной мере подготовить студентов к самостоятельному проведению экспериментальных исследований.

Во второй главе «Концепция методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований» представлены обоснование концепции, ее основные положения и модель методической системы обучения студентов самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований. Концепция создается с целью построения модели методической системы обучения студентов и изменения на ее основе целевых, содержательных, процессуальных компонентов их подготовки к самостоятельному проведению физических экспериментальных исследований.

Концепция направлена на изменение сложившихся подходов в структуре учебного процесса, содержании занятий и методике обучения студентов в физических практикумах университетов.

Обоснованием концепции являются фундаментальные представления о сущности физического познания, роли эксперимента в создании теорий и моделей окружающей действительности, изложенные в трудах Ф. Бекона, Н. Винера, В. Гейзенберга, Я.Б. Зельдовича, П.Л. Капицы, П.Е. Сивоконь, И.Е. Тамма, А. Эйнштейна и др., а также закономерности психолого-педагогической теории деятельности, открытые и сформулированные Л.С. Выготским, П.Я. Гальпериным, А.Н. Леонтьевым, С.Л. Рубинштейном и получившие дальнейшее развитие в трудах Н.Ф. Талызиной, З.А. Решетовой, И.А. Володарской, В.В. Давыдова,

И.И. Ильясова, Д.Б. Эльконина и др.

Основные положения концепции следующие:

1) Цель подготовки студентов к самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований — студент, владеющий обобщенными методами решения задач, многократно возникающих перед физиками-экспериментаторами.

2) Для достижения цели необходимо так организовать учебный процесс, чтобы знания, опорные для выполнения действий, входящих в содержание обобщенных методов решения, и сами эти методы стали предметом специального усвоения студентами, что позволит подготовить их к будущей профессиональной деятельности.

3) Подготовка студентов к самостоятельным исследованиям должна осуществляться на специально выделенных для этой цели занятиях по общей и экспериментальной физике, которые будут иметь специфическое содержание, методику и дидактическое обеспечение.

4) Учебный процесс должен строиться так, чтобы у студентов возникла потребность в самостоятельном проведении экспериментальных физических исследований.

5) Овладение обобщенными методами самостоятельного проведения экспериментальных физических исследований предполагает, что выделить их должны сами студенты.

6) Самостоятельное проведение экспериментальных физических исследований включает в себя формулировку цели исследования; разработку принципиальной схемы экспериментальной установки, подбор приборов, составление программы монтажа и монтаж экспериментальной установки; составление программы экспериментального исследования и его проведение; обработку полученных результатов и формулировку выводов. Обобщенные методы выполнения этих видов деятельности должны применяться студентами при проведении любого конкретного экспериментального исследования в практикуме. Формирование указанных методов возможно только при многократном проведении самостоятельных экспериментальных исследований.

7) Обучение обобщенным методам проведения экспериментальных физических исследований должно быть доведено до уровня, когда эти методы станут опорой для проведения любых физических экспериментальных исследований. Методическая система обучения представляет определенную совокупность компонентов, образующих единое целое в их взаимодействии, которое может быть разделено определенным способом. Исходя из традиционных представлений, под методической системой формирования у студентов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований будем понимать совокупность взаимосвязанных компонентов (цель, содержание, методы, средства и организационные формы), необходимых для создания такого учебного процесса, в результате которого студенты овладеют методами планирования и проведения любого физического исследования.

Под моделью методической системы будем понимать ее идеальный образ, используемый при определенных условиях в качестве ее «заместителя». Модель методической системы формирования у студентов обобщенных методов самостоятельного проведения экспериментальных физических исследований можно представить в виде схемы на рис. 1.

В третьей главе «Типовые познавательные задачи, решаемые в физических практикумах университетов, и обобщенные методы их решения» проанализированы описания экспериментальных физических исследований классического, неклассического и постнеклассического периодов развития науки. Установлено, что цели экспериментальных исследований можно обобщить следующим образом:

 


Цель — студенты, способные самостоятельно планировать и проводить любые экспериментальные исследования

Структура физического практикума

I. Система занятий по формированию обобщенных методов решения ПЗ выделенных типов

II. Система занятий по проведению конкретных физических исследований

Содержательный компонент

I. Типы задач

Обобщенные методы решения.

Опорные знания, способы проведения эксперимента

II. Формулировка целей физических экспериментальных исследований, соответствующих типовым ПЗ

 

 

Процессуальный компонент

I. Методика, основанная на многократном выполнении отдельных действий обобщенных методов

II. Методика организации самостоятельного проведения физических экспериментальных исследований с опорой на обобщенные методы

 

 

I. Задания, позволяющие сформировать отдельные действия, входящие в структуру методов, и методы в целом

II. Задания

в виде формулировок

типовых ПЗ

Дидактические средства

Результат обучения — студенты, овладевшие обобщенными методами экспериментального решения типовых познавательных задач

Рис. 1. Модель методической системы формирования у студентов обобщенных методов самостоятельного проведения экспериментальных физических исследований

— выяснить, что это за явление (опыты Г. Герца, приведшие к открытию фотоэффекта; опыты У. Томсона, Д. Чедвика и других, приведшие к открытию электрона, нейтрона и созданию связанных с этим теорий; опыты Релея — Бенара по пространственному упорядочению, приведшие к открытию диссипативной самоорганизации, и др.);

— установить, зависит ли одна физическая величина от другой (опыты Г. Галилея по установлению факта зависимости ускорения свободного падения от массы тела; опыты Ж.И. Алферова по установлению факта зависимости подвижности электронов и дырок в кремнии от концентрации атомов примеси и др.);

— найти конкретное значение конкретной физической величины (опыты Л. Физо, М. Фуко, А. Майкельсона по нахождению значения скорости света; опыты Милликена по нахождению значения заряда электрона; многочисленные опыты по нахождению постоянной Планка и др.);

— установить вид зависимости одной физической величины от другой (опыты Кулона по установлению вида зависимости силы взаимодействия двух заряженных тел от значения этих зарядов и расстояния между ними; опыты Д. Цуи и Х. Штёрмера по выяснению вида зависимости сопротивления, проводимости и потенциала от величины квантования холловского сопротивления и др.).

Все эти цели можно рассматривать в качестве типовых познавательных задач, решаемых с помощью физического эксперимента.

ПЗ№1. Воспроизвести физическое явление

 

 

 

ПЗ№2. Установить, зависит ли одна физическая величина от другой

 

ПЗ№3. Найти значение физической величины

 

ПЗ№4. Установить вид зависимости одной физической величины от другой

Рис. 2. Типы познавательных задач в физических практикумах университетов

Однако для учебного процесса познавательную задачу №1 следует переформулировать в задачу «Воспроизвести физическое явление», так как результатом решения познавательной задачи «Что это за явление?» будет определение физического явления, а студенты при выполнении лабораторных работ физического практикума определения физических явлений не создают. Таким образом, целями экспериментальных исследований в физических практикумах должны быть познавательные задачи, показанные на рис. 2.

Разработано содержание обобщенных методов решения выделенных познавательных задач.

Обобщенный метод экспериментального воспроизведения любого физического явления включает в себя следующие действия:

1) выделить структурные элементы определения физического явления;

2) выделить элементы экспериментальной установки и их свойства;

3) разработать принципиальную схему экспериментальной установки, с помощью которой можно воспроизвести изучаемое физическое явление;

4) оценить параметры элементов экспериментальной установки, по которым осуществляется взаимосвязь этих элементов;

5) подобрать (изготовить) приборы с эксплуатационными характеристиками, соответствующими расчетным;

6) составить программу монтажа экспериментальной установки;

7) смонтировать экспериментальную установку;

8) воспроизвести физическое явление;

9) проверить, действительно ли запланированное явление воссоздано вследствие воздействия выделенных объектов, а не по каким-то другим причинам.

Каждое действие метода имеет свой операционный состав. Пример содержания первого действия приведен в табл. 1.

Из таблицы видно, что каждая операция выполняется с опорой на определенные обобщенные знания: структурными элементами определения физического явления являются материальный объект 1 (МО 1) и его свойства в начальном состоянии; материальный объект 2 (МО 2) и его свойства в начальном состоянии; воздействие (взаимодействие) объектов и условия, при которых оно осуществляется.

Таблица  1

Содержание действия «Выделить структурные элементы определения  воспроизводимого  физического явления»

Название

действия

Содержание действия

Выделить структурные элементы определения физического явления

• Назвать физическое явление, которое надо воспроизвести.

• Определить физическое явление, которое надо воспроизвести.

• Проверить, содержатся ли в определении физического явления сведения о взаимодействующих объектах, взаимодействии, результатах и специфических условиях их взаимодействия на макроуровне (чувственно воспринимаемом уровне).

• Выделить из определения физического явления обобщенные знания о его структурных элементах:

— об объекте (МО 1), состояние которого меняется;

— об объекте (МО 2), воздействие которого на МО 1 приводит к изменению его состояния;

— о результатах этого воздействия — изменении состояния МО 1;

— об условиях, в которых происходит воздействие МО 2 на МО 1

Обобщенный метод решения ПЗ №2 «Установление факта зависимости одной физической величины от другой» представляет собой последовательность следующих действий:

1) выяснить, какую величину нужно изменять; какие величины нужно измерять; какие величины нужно оставить постоянными; какими способами можно изменять выделенную величину; какими способами можно измерить указанные величины; какими способами можно сохранять значение выделенных величин постоянными;

2) выбрать конкретные объекты исследования (не менее трех);

3) выяснить, какая из измеряемых величин будет независимой, а какая – зависимой переменной;

4) выбрать способ фиксирования экспериментальных данных;

5) зафиксировать свойство объекта исследования в начальном состоянии;

6) привести воздействующий объект в контакт с объектом исследования (осуществить воздействие);

7) зафиксировать интенсивность явления и интенсивность воздействия (занести в таблицу);

8) привести объект исследования в первоначальное состояние;

9) изменить интенсивность воздействия;

10) зафиксировать интенсивность явления и интенсивность воздействия и вновь занести в таблицу;

11) проделать действия 7—9 не менее трех раз;

12) сформулировать ответ на познавательную задачу № 2 в качественном виде: величина … зависит (не зависит) от … величины: при увеличении (уменьшении) … величины   величина… увеличивается (уменьшается) для объекта исследования, с которым проводился эксперимент;

13) выполнить действия 4—12 с другими объектами исследования;

14) сравнив ответы на ПЗ№2 для всех объектов исследования, сформулировать общий ответ на ПЗ№2 в качественном виде: величина … зависит (не зависит) от … величины: при увеличении (уменьшении) … величины   величина… увеличивается (уменьшается).

Обобщенный метод нахождения значения физической величины состоит из следующей системы действий:

  1. выписать все формулы, в которые входит искомая величина;
  2. выразить искомую величину через другие величины, входящие в формулы;
  3. установить, все ли величины, входящие в формулу для нахождения значения искомой величины, могут быть найдены прямым измерением; выделить те из них, которые нуждаются в выражении через другие величины;
  4. выразить в формуле для нахождения значения искомой величины все величины через другие, значения которых могут быть найдены прямым измерением, и «смонтировать» общую формулу;
  5. выделить те формулы, в которых значения величин могут быть найдены с помощью имеющихся в лаборатории приборов;
  6. из формул, выбранных в результате выполнения действия 5, выбрать те, по которым значение искомой величины может быть найдено наиболее коротким путем.

Результат выполнения перечисленных выше действий содержит ответы на вопросы «Какими приборами нужно пользоваться, чтобы найти значения величин прямыми измерениями?» и «Какое явление нужно воспроизвести?». В силу этого естественно после составления формулы выполнение следующих действий:

7) разработать принципиальную схему ЭУ, позволяющую найти прямым измерением все величины, входящие в общую формулу;

8) подобрать приборы, которые целесообразно использовать в данной установке;

9) смонтировать экспериментальную установку для экспериментального нахождения значения искомой величины;

10) составить перечень действий, последовательное выполнение которых позволит найти конкретное значение физических величин прямыми измерениями;

11) найти значение каждой величины;

12) найти полную абсолютную погрешность каждого прямого измерения;

13) записать значение каждой величины с учетом полной абсолютной погрешности измерения;

14) выбрать метод нахождения значения и погрешности измерения искомой величины;

15) найти значение искомой величины;

16) вычислить абсолютную и относительную погрешности косвенного измерения искомой физической величины;

17) записать результат измерения с указанием абсолютной и относительной погрешностей.

 

 

 

Цель: найти значение физической величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДА

Существует ли прибор для прямого измерения этой величины?

 

НЕТ

Существуют

ли меры измерения данной величины?

Н

Е

Т

Существуют

ли методы нахождения значения этой величины?

 

Самостоятельно разработать метод нахождения значения данной физической величины

 

 

 

 

 

 

Подобрать прибор

 

 

 

Выяснить, какой метод нужно использовать для нахождения значения искомой  величины

 

Изучить существующий метод (методы) нахождения конкретного значения данной величины

 

Разработать ЭУ для реализации предложенного метода

 

 

 

 

 

Изучить инструкцию по использова-нию данного прибора

 

Смонтировать ЭУ

Подобрать приборы

 

 

 

 

 

 

 

Найти конкретные значения конкретной физической величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Обобщенный метод нахождения значения физической  величины

Если при экспериментальном нахождении значения физической величины используется метод, описанный в литературе (напр., метод Клемана и Дезорма для определения отношения теплоемкостей воздуха, метод вольтметра и амперметра для нахождения значения неизвестного сопротивления, резонансный метод и ряд др.), то в этом случае система действий несколько видоизменяется. Обобщенный метод нахождения значения физической величины представлен на рис. 3.

Обобщенные методы решения познавательных задач выделенных типов проиллюстрируем примером (рис. 4).

Для воспроизведения явления двойного лучепреломления, заключающегося в раздвоении светового пучка при прохождении его через анизотропную среду, анализируем определение, выделяем его структурные элементы.

Подпись: Рис. 4. Явление двойного лучепреломленияВзаимодействующие объекты чувственно воспринимаемы, поэтому определение корректировать не нужно.  Выявляем объекты ЭУ. объектом исследования является световой пучок, распространяющийся в пределах малого телесного угла. Воздействующий объект — анизотропная среда. Управляющие элементы — диафрагма с малым отверстием, оптическая скамья. Индикатор — вертикально расположенный экран. Принципиальная схема установки будет иметь вид, показанный на рис. 5. Параметры элементов ЭУ оцениваются  исходя из способности глаза различить объекты, отстоящие друг от друга на 0,1 мм. Считая диаметр светового пучка порядка 1—2 мм, расстояние

между центрами пучков должно составлять 2—5 мм.

В затемненном помещении интенсивность световых пучков, полученных с помощью лампы накаливания, достаточна для наблюдения данного явления.

Подпись: Рис. 5. К расчету параметров установкиВыведем формулу, связывающую пространственное расщепление пучка с толщиной кристалла и значениями показателя преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, по которой можно найти параметры воздействующего объекта. Для этого изобразим ход лучей в кристалле. Получившаяся  формула  имеет  вид ,

где ne — показатель преломления для необыкновенного луча, no— показатель преломления для обыкновенного луча, l — расстояние между лучами, d — толщина кристалла (рис. 5). Используя справочные данные о показателях преломления no и ne для различных наиболее распространенных кристаллов и полагая расстояние lмежду лучами равным 4 мм, рассчитаем толщину кристалла (см. табл. 2).

 

 

Таблица  2

Толщина различных кристаллов

Кристалл

no

ne

d, мм

Исландский шпат (положительный)

1,658

1,486

0,496

8

Натриевая селитра (положительный)

1,585

1,337

0,635

6,3

Кварц (отрицательный)

1,543

1,552

0,11

36,4

Лед (отрицательный)

1,309

1,310

0,045

90

Для воспроизведения явления двойного лучепреломления подобраны приборы с эксплуатационными характеристиками, соответствующими расчетным. Источником света будет лампа накаливания мощностью 50—100 Вт, питаемая от источника тока напряжением 12—220 вольт; в качестве воздействующего объекта — кристалл исландского шпата, имеющийся в наборе: у него наибольшая разница показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей. В качестве управляющих элементов, с помощью которых выделяется узкий пучок света, используем ирисовую диафрагму диаметром 1—2 мм. Неподвижность ОИ и ВО относительно друг друга обеспечивается штативами переменной высоты, укрепленными на оптической скамье. Далее составляется программа монтажа ЭУ, осуществляется ее монтаж и воспроизводится физическое явление.

Применение обобщенного метода решения ПЗ№3, связанное с нахождением значения показателя преломления кристалла, проиллюстрируем в виде табл. 3.

Таблица 3

Пример решения познавательной задачи третьего типа

Действия обобщенного метода

Результат выполнения каждого действия

1. Составить формулу для нахождения значения искомой величины:

 

1) выписать все формулы, в которые входит искомая величина;

1) , где d – толщина кристалла, ? – угол падения первоначального луча, ? – угол преломления, n – показатель преломления, l – смещение луча от первоначального направления. Других формул нет;

2) выразить искомую величину через другие величины, входящие в формулы;

2) первая формула очевидна; из второй формулы ;

3) установить, все ли величины, входящие в формулу для нахождения значения искомой величины, могут быть найдены прямым измерением; выделить те из них, которые нуждаются в выражении через другие величины;

3) прямым измерением может быть найдена толщина кристалла d, угол падения луча ?, угол преломления ?, смещение луча от первоначального направления l;

4) выразить в формуле для нахождения значения искомой величины все величины через другие, значения которых могут быть найдены прямым измерением, и «смонтировать» общую формулу;

4) так как угол преломления ? внутри кристалла мерить затруднительно, то воспользуемся формулой ;

5) выделить те формулы, в которых значения величин могут быть найдены с помощью имеющихся в лаборатории приборов;

5) имеющиеся в лаборатории приборы позволяют воспользоваться любой из них;

6) из формул, выбранных в результате выполнения действия 5, выбрать те, по которым значение искомой величины может быть найдено наиболее коротким путем

6) не выполняем

2. Разработать принципиальную схему ЭУ, позволяющую найти прямым измерением все величины, входящие в общую формулу:

2. Принципиальная схема ЭУ:

а) выделить физическое явление, которое нужно воспроизвести;

а) нужно воспроизвести явление преломления в анизотропном оптически прозрачном кристалле;

б) составить принципиальную схему ЭУ для воспроизведения этого явления;

б) принципиальная схема для воспроизведения этого явления приведена на рисунке

в) внести коррективы для прямого измерения величин, входящих в общую формулу

в) вносим коррективы для прямого измерения величин, входящих в общую формулу.

Угол падения луча будем измерять с помощью гониометра с нониусом, толщину кристалла и смещение луча – с помощью штангенциркуля, длину волны задаем светофильтром

3. Подобрать приборы, которые целесообразно использовать в данной установке

3. Перечень приборов для экспериментальной установки: лампа накаливания с источником питания, гониометр с нониусом – точность измерения 0,1 градуса, штангенциркуль – точность измерения 0,1 мм

Познавательная задача об установлении вида зависимости одной физической величины от другой (ПЗ№4) может возникнуть лишь после того, как получен положительный ответ на познавательную задачу второго типа и когда известен метод нахождения конкретного значения физической величины, т.е. решена и третья познавательная задача. Следовательно, решение этой задачи является продолжением решений ПЗ№2 и ПЗ№3, их заключительным  этапом. Задача решается путем обработки экспериментальных данных, полученных при решении ПЗ№2 способом, разработанным в ПЗ№3.

Целью подготовки студентов к самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований должно стать формирование у них обобщенных методов решения познавательных задач выделенных типов.

В четвертой главе «Модель учебного процесса по формированию у студентов обобщенных методов решения экспериментальных познавательных задач» описаны новая структура организации в университетах практикумов по общей и экспериментальной физике, методика обучения студентов обобщенным методам проведения экспериментальных физических исследований, а также дидактическое обеспечение учебного процесса.

Систему занятий по формированию действий, входящих в содержание обобщенных методов решения экспериментальных познавательных задач, и обобщенных методов в целом предлагается разбить на четыре этапа.

На первом этапе студенты должны научиться обобщенным методам решения познавательных задач, связанных с воспроизведением физического явления и установлением факта зависимости между физическими величинами (ПЗ№1, ПЗ№2). Студенты должны овладеть следующими действиями: выделение структурных элементов экспериментальных установок; выделение свойств элементов экспериментальной установки, значимых для воспроизведения запланированного явления; составление принципиальных схем ЭУ для воспроизведения физических явлений и проведения физических исследований. Эти действия являются для всех студентов новыми и потому могут быть сформированы только при многократном их выполнении с различными физическими явлениями. Для проверки сформированности этих действий студентам можно предложить разработать принципиальные схемы  экспериментальных установок для решения одной из познавательных задач, например, установить, зависит ли 1)  количество теплоты, выделяемой при сгорании  топлива,  от его массы; 2) сопротивление электролита от температуры; 3) сила фототока от длины волны света и др.

Студенты, успешно выполнившие контрольное задание, должны приступить к изучению конструкций и назначения различных экспериментальных установок, имеющихся в физическом практикуме данного университета. Для этого им необходимо: 1) выделить физическое явление, которое воспроизводит данная ЭУ;

2) разработать варианты принципиальных схем ЭУ, позволяющие воспроизводить выделенное студентом физическое явление; 3) установить, какому варианту принципиальной схемы соответствует данная ЭУ; 4) указать, какие элементы этой ЭУ выполняют функции объекта исследования, воздействующего объекта, управляющих элементов и индикатора; 5) сформулировать познавательные задачи, которые можно решить с использованием данной экспериментальной установки.

Далее студенты тренируются в планировании действий по решению познавательных задач, сформулированных при изучении имеющихся в лаборатории экспериментальных установок. Занятия по планированию воспроизведения физических явлений и исследований при установлении зависимости между величинами с использованием данной экспериментальной установки должны проводиться на материале лабораторных работ раздела «Механика». Описанная система занятий должна осуществляться в первом семестре.

Цель второго этапа — обучение студентов проведению исследований, соответствующих познавательным задачам третьего и четвертого типов: найти конкретное значение физической величины и установить вид зависимости одной физической величины от другой. Особенностью решения задач этих типов является необходимость математической обработки и графического представления результатов экспериментов. В силу этого действия, связанные с методами оценки погрешностей прямых и косвенных измерений физических величин (вычисление случайной погрешности, абсолютной и относительной инструментальной погрешностей, погрешностей отсчета и вычисления, правильная запись результатов измерений в экспериментах, полная обработка результатов прямых измерений, правила построения графика зависимости между величинами, значения которых найдены в экспериментах), должны стать предметом  специального усвоения.  Для формирования обобщенных методов решения этих ПЗ проводятся занятия, на которых студенты решают их самостоятельно на примерах лабораторных работ по молекулярной физике и термодинамике. Также студенты могут найти конкретное значение и установить вид зависимости, используя лабораторные установки для изучения механических явлений. Лабораторные работы могут выполняться по обычному графику.

Понятно, что для формирования обобщенных методов проведения экспериментальных физических исследований, соответствующих выделенным познавательным задачам, необходимо время, что обосновывает введение курса, направленного на формирование новых  для студентов действий. Такой курс разработан и назван «Введение в практикум по общей физике». Он рассчитан на два семестра.

Результатом реализации курса «Введение в практикум по общей физике» является студент, способный спланировать и провести экспериментальное исследование с применением обобщенных методов в соответствии с поставленной целью исследования.

Цель третьего этапа — подготовка студента, способного с опорой на обобщенные методы решения познавательных задач различных типов самостоятельно сформулировать познавательную экспериментальную задачу, спланировать систему действий по ее решению, решить ее и критически оценить полученный результат.  Если рассматривать описанную выше  модель учебного  процесса на примере подготовки бакалавров физики, то третий этап приходится на 3—5-й семестры, на изучение разделов «Электричество и магнетизм», «Оптика», «Атомная и квантовая  физика». Выполнение работ каждого из названных разделов предваряется информацией преподавателя об особенностях используемых объектов исследований и специфических условиях взаимодействий. На этом этапе студенты, пользуясь обобщенными методами, многократно планируют и проводят исследование физических явлений различной природы.


Таблица 4

Организация деятельности студентов при обучении самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований

Содержание этапа

Деятельность студентов

Дидактические средства

Формирование отдельных действий, входящих в обобщенные методы решения познавательных задач, связанных с воспроизведением любого физического явления и установлением факта зависимости между физическими величинами; планирование и проведение экспериментальных исследований с применением данных методов

Выделяют структурные элементы  ЭУ и их свойства, значимые для воспроизведения любого физического явления.

Корректируют определения различных физических явлений.

Разрабатывают принципиальные схемы ЭУ для проведения физических исследований.

Самостоятельно формулируют цель исследования.

Самостоятельно изучают экспериментальные установки, используемые в практикуме по общей физике.

Планируют воспроизведение механических физических явлений и исследования по установлению факта зависимости между величинами с использованием разработанной ЭУ на примере механических явлений (выполнение работ по графику и их защита)

(Фрагменты рабочей тетради для студентов)

Задание. Выделите структурные элементы экспери-

ментальных установок (предлагаются описания и принципиальные схемы различных ЭУ). При выполне-

нии задания руководствуйтесь учебной картой.

Задание. Сформулируйте цель экспериментального исследования в соответствии с выделенными типовыми познавательными задачами.

Задание. Разработайте принципиальные схемы ЭУ для достижения сформулированных вами целей.

Задание. Изучите назначение и конструкции ЭУ, имеющихся в практикуме, сравните с разработанной вами принципиальной схемой ЭУ, внесите коррективы в схему

Формирование отдельных действий, входящих в обобщенные методы решения познавательных задач, связанных с нахождением конкретного значения физической величины и установлением вида зависимости между физическими величинами; планирование и проведение экспериментальных исследований с применением обобщенных методов

Учитывают поправки при пользовании измерительными приборами. Выявляют случайные погрешности. Планируют действия по нахождению случайной погрешности.

Проводят полную обработку результатов измерений.

Находят необходимое число измерений для достижения заданной точности.

Выявляют вид зависимости между физическими величинами.

Создают условия для минимизации относительной погрешности отдельных измерений.

Находят значение физических величин по результатам прямых измерений.

Изучают известные методы нахождения конкретного значения физических величин.

Планируют и проводят исследования при решении познавательных задач различных типов с использованием разработанных ЭУ на примере явлений механики, молекулярной физики и термодинамики (выполнение работ по графику и их защита)

(Фрагменты рабочей тетради для студентов)

Задание. Выделите (обведите номер рамкой) ситуации, в которых необходимо вычислять случайную погрешность, и укажите возможные причины этой погрешности (приводится перечень ситуаций).

Задание. Укажите ошибку, которую допустил экспериментатор при вычислении случайной погрешности  и в методике проведения эксперимента в указанных ниже ситуациях (ситуации предлагаются).

Задание. Составьте систему действий по нахождению случайной погрешности в следующих ситуациях (ситуации предлагаются).

Задание. Проведите полную обработку результатов измерений в проведенных исследованиях.

Задание (контрольное).  Установите вид зависимости между физическими величинами при исследовании следующих физических явлений (называются исследования, выполненные студентами по решению второй познавательной задачи). Постройте графики на миллиметровой бумаге

Самостоятельное планирование и проведение экспериментальных физических исследований, цели которых соответствуют формулировкам познавательных задач выделенных типов

Самостоятельно планируют и проводят исследования, связанные с воспроизведением физических явлений, нахождением значений физических величин и установлением вида зависимости между ними на примере явлений электричества, магнетизма, оптики, атомной и квантовой физики

Задание. Найти значение точки Кюри для имеющегося образца (сплав известен).

Задание. Используя метод Бесселя, найти значение фокусного расстояния рассеивающей линзы.

Задание. Установить вид зависимости показателя преломления имеющейся призмы от длины волны света.

Задание. Найти значение удельного заряда электрона

Самостоятельное планирование и проведение студентами любых экспериментальных исследований

Самостоятельно планируют и проводят экспериментальные исследования, связанные с решением типовых познавательных задач в практикумах по электро- и радиотехнике, основам автоматики и вычислительной техники, спецфизпрактикумах и др.

Формулировки заданий из руководств к практикумам

· Найти удельное значение постоянной Фарадея для пленок состава  (YSmCaLu)3(FeGe)5O12 (практикум по магнитооптическим измерениям).

· Установить вид зависимости состояния выходов логических схем (шифратор, дешифратор и другие) от сигналов, поданных на их входы (практикум по основам автоматики и вычислительной техники).

·  Установить вид зависимости тока коллектора транзистора от тока эмиттера (практикум по электрорадиотехнике)


Цель:

Студенты, овладевшие методами решения познавательных задач выделенных типов

 

1-й семестр

 

Специальные занятия по обучению студентов решению ПЗ первого и второго типов

 

I

э

т

а

п

 

 

 

Занятия, на которых студенты решают познавательные задачи первого и второго типов самостоятельно (на примере механики)

 

 

 

 

 

 

 

2-й семестр

 

Специальные занятия по обучению студентов решению ПЗ третьего и четвертого типов

 

II

э

т

а

п

 

 

 

 

Занятия, на которых студенты решают познавательные задачи третьего и четвертого типов самостоятельно (на примере молекулярной физики)

 

 

 

 

 

 

3—5-й семестры

 

Занятия, на которых студенты выполняют экспериментальные исследования физических явлений различной природы

 

III

э

т

а

п

 

 

 

 

 

6—10-й семестры

 

Занятия различных практикумов, на которых студенты самостоятельно проводят любые экспериментальные исследования

 

IV

э

т

а

п

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Структура модели учебного процесса по обучению студентов

обобщенным методам проведения физических экспериментальных исследований

При выполнении лабораторных работ в других практикумах целесообразно учитывать новые качества студентов и изменять инструкции к лабораторным работам, заменив подробные указания формулировкой целей экспериментальных исследований и предоставив студентам самостоятельно разрабатывать пути их достижения. Структура модели учебного процесса по подготовке студентов, способных самостоятельно проводить физические экспериментальные исследования, представлена на рис. 6.

Новое содержание занятий в практикуме по общей физике диктует и новую методику обучения, особенность которой  в первом и втором семестрах состоит в том, что студенты во время занятия самостоятельно прорабатывают параграф учебного пособия «Введение в практикум по общей физике», в котором изложены опорные знания для правильного выполнения определенного действия, и многократно тренируются в выполнении этого действия (деятельности) на определенных заданиях.

Роль преподавателя заключается в направлении работы студентов, их консультировании по мере необходимости. Каждое занятие должно быть обеспечено учебной и справочной литературой по физике в достаточном количестве. Каждый вид деятельности (действие) студенты должны освоить за одно занятие и получить зачет. Это — обязательное условие допуска студента к следующему занятию, так как овладение каждым последующим действием (деятельностью) предполагает обязательное овладение предыдущим. Примерно половина занятий в каждом из этих семестров проводится без использования оборудования, т. е. теоретически (на этих занятиях формируются виды деятельности, осуществляемые при подготовке исследования и обработке его результатов). После овладения обобщенными методами решения типовых экспериментальных задач студенты могут работать по графику. Особенность методики проведения этих занятий состоит в том, что студенты получают только формулировку цели исследования и в домашних условиях разрабатывают принципиальные схемы ЭУ. Это является допуском к работе. Во время занятия студенты должны соотнести предложенную им ЭУ с одной из разработанных принципиальных схем, выделить элементы этой установки, составить программу исследования, выполнить его и обработать полученные результаты осознанно выбранным методом оценки. Отчет о проведенном исследовании должен соответствовать системе действий, составленной студентом в виде программы исследования.

Для многократного выполнения студентами каждого формируемого действия необходимо подготовить специальные задания в виде сформулированной цели  и набора из 8—10 ситуаций. Так, при формировании действий по обработке результатов измерений в рабочей тетради студентам предлагаются задания следующих видов (приведены фрагменты заданий):

1. Запишите исправленное значение физической величины и укажите поправку в следующих ситуациях:

1. Шкала термометра оказалась плохо скрепленной с капилляром, в результате чего она опустилась на два деления по сравнению с нормальным положением. Цена деления шкалы термометра — 2 град/дел. Столбик ртути опущенного в воду термометра остановился напротив отметки, соответствующей 18 °С.

2. Деревянная ученическая линейка начинается не с нулевой отметки. Перед ней имеется еще пять миллиметровых делений. Ученик, измеряя длину карандаша, приложил его к началу линейки. Измерения дали 152 мм.

3. Стрелка вольтметра, рассчитанного на 25 В и содержащего 75 делений, оказалась сбитой вправо на 1,5 деления. Показания вольтметра — 17,2 В.

4. Цена деления экрана осциллографа — 5 В/дел. Измерения с использованием закрытого входа (прибор фиксирует только постоянную составляющую напряжения) показали отклонение луча на половину деления в положительную сторону. Измерения переменного напряжения (открытый вход) дали значение амплитуды отрицательной полуволны 15 В.

5. Измерительная термопара содержит два спая – один нулевой, находящийся при температуре таящего льда, другой контролирует измеряемую температуру. Льда не оказалось, нулевой спай находится при комнатной температуре 18°С.

2. Укажите ошибки, допущенные экспериментатором при вычислении случайной погрешности  и в методике проведения эксперимента в указанных ниже ситуациях:

1. Для нахождения индуктивности катушки школьного трансформатора ученик собрал схему, состоящую из катушки, амперметра и вольтметра, и включил ее в цепь переменного тока. В ходе выполнения измерений он заметил, что ток в цепи уменьшается при сохранении неизменным приложенного напряжения. Он провел пять измерений, нашел среднее арифметическое полученных результатов. Среднюю абсолютную погрешность увеличил в три раза и полученный результат принял за случайную погрешность измерения.

2. Ученик с помощью динамометра пять раз измерил силу трения при движении бруска по наклонной плоскости, каждый раз меняя значение приложенной силы. Затем он нашел среднее арифметическое полученных результатов и их отклонения от среднего, среднюю абсолютную погрешность увеличил в три раза и полученный результат принял за случайную погрешность измерения.

При формировании некоторых действий студентам предлагается работать по учебным картам, в которых указаны действия и ориентиры для их безошибочного выполнения. Общее представление об организации деятельности студентов при обучении самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований можно получить из табл. 4.

В пятой главе «Педагогический эксперимент» описаны организации педагогического эксперимента и анализ результатов экспериментальной работы по проблеме исследования. Эксперимент осуществлялся в три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий.  Цели каждого этапа, число участников приведены в табл. 5.

Таблица 5

Организация педагогического эксперимента

Этап

Участники

Цель

Констатирующий,

2004 — 2006 гг.

 

1100 студентов1

— Выяснить, умеют ли студенты самостоятельно планировать и проводить экспериментальные исследования в различных университетских практикумах на основе сложившихся способов обучения

Поисковый,

2005 — 2007 гг.

 

 

243 студента2

1— 3-го курсов

— Установить, позволяет ли разработанная модель обучения сформировать у студентов обобщенные методы решения познавательных задач выделенных типов;

— установить целесообразность организации проведения всех этапов методики обучения студентов планируемым действиям;

— выяснить, достаточно ли дидактических средств для

овладения этими методами

25

преподавателей3

— Установить, позволяют ли выделенные ориентиры выполнять преподавателю все виды деятельности, связанные с планированием и проведением экспериментальных физических исследований

Обучающий,

2007 —2011 гг.

 

623 студента2

1— 3-го курсов

— Сформировать обобщенные методы экспериментального решения познавательных задач выделенных типов;

— научить студентов планировать и проводить конкретные экспериментальные физические исследования;

— выяснить, становятся ли обобщенные методы стилем мышления студентов

20

преподавателей3

— Обучить методам выполнения всех видов деятельности, входящих в систему работы преподавателя по формированию у студентов обобщенных методов самостоятельного проведения экспериментальных физических исследований

Примечания:

1 Студенты, обучающиеся на 2—4-м курсах по специальностям «Физика», «Прикладная математика», «Информатика», «Оборудование и технология сварочного производства» (Астраханский государственный университет), «Радиофизика» (Московский инженерно-физический институт), «Прикладная математика и информатика» (Волгоградский государственный педагогический университет), «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов» (Астраханский государственный технический университет).

2 Студенты, обучающиеся на 1—3-м курсах по специальностям «Физика», «Прикладная математика», «Информатика», «Оборудование и технология сварочного производства» (Астраханский государственный университет, Донской государственный технический университет), «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов» (Астраханский государственный технический университет); студенты 2-го курса инженерно-технических специальностей (Московский институт инженеров транспорта); студенты 1—2-го курсов, обучающиеся по специальности «Промышленное и гражданское строительство» (Астраханский инженерно-строительный институт).

3 Преподаватели кафедр общей физики, теоретической физики и методики преподавания физики АГУ, физики АГТУ, физики и химии МИИТ, физики АИСИ, машиностроения и автоматизации сварочного производства ДонГТУ.

В ходе обучения студентов контролировались: 1) сформированность всех действий, входящих в обобщенные методы экспериментального решения познавательных задач; 2) умение самостоятельно планировать и проводить конкретные исследования. Для проверки сформированности у студентов действий обобщенных методов предлагались задания, целью которых было обязательное фиксирование выполняемых действий. При этом студентам предлагались физические явления, которые не изучаются в практикуме по общей физике. Например: 1) «Воспроизведите физическое явление кавитации. Укажите последовательность ваших действий»; 2) «Проведите исследование по установлению факта зависимости проводимости полупроводникового образца от приложенного к нему механического напряжения. Укажите последовательность выполняемых вами действий»; 3) «Проведите исследование по нахождению значения гравитационной постоянной. Укажите действия метода исследования»; 4) «Экспериментально установите вид зависимости напряжения электрического пробоя воздуха от температуры. Укажите последовательность ваших действий». От студента требовалось спланировать и зафиксировать действия по проведению исследования.

Для выяснения соответствия представленного конкретного плана проведения исследований обобщенным методом решения задачи данного типа в выполненных работах проверялось наличие каждого действия, входящего в обобщенный метод. Это позволило установить, опираются ли обучаемые на усвоенные ими обобщенные методы при планировании своих действий по решению конкретной задачи. Полученные результаты представлены на рис. 7. Диаграмма построена на основании анализа ответов 223 студентов.

Для того чтобы выяснить подготовленность студентов к самостоятельному проведению любых экспериментальных исследований (т. е. решена ли цель проведенного исследования), на третьем этапе обучения им предлагались задания вида «Воспроизвести явление магнитострикции для стального стержня», «Найти значение удельного вращения плоскости поляризации в магнитном поле для Bi-содержащей монокристаллической пленки феррит-граната», «Установить вид зависимости механического гистерезиса упругих свойств твердого тела от геометрических размеров образца». На четвертом этапе задания были профессионально-ориентированными, связанными с изучаемыми дисциплинами, но в соответствующих практикумах они не встречались (рис. 7).

Некоторые из предложенных задач стали темами выпускных квалификационных работ, были реализованы в виде действующих экспериментальных установок, получили детальную разработку в конкурсных проектах (У.М.Н.И.К., СТАРТ и др.) различных уровней. Например, разработаны: устройство для демонстрации преобразования аналогового сигнала в цифровой и влияния на форму сигнала времени квантования и дискретизации (получен патент); стенд, состоящий из девяти установок для  установления вида зависимости состояния выходов логических схем от сигналов, поданных на их входы (свидетельство о регистрации интеллектуальной собственности); установки для изучения вида зависимости плотности жидкостей от температуры, частоты колебаний струны от ее геометрических параметров, силы натяжения и материала и др. Способность применять сформированные обобщенные методы проведения исследований была подтверждена на широком круге профессиональных дисциплин у студентов, обучающихся по различным направлениям. 

Условные обозначения:

 — количество студентов, не выполнивших задание

 — количество студентов, применивших все действия обобщенного метода для проведения конкретного исследования

 — количество студентов, пропустивших некоторые действия обобщенного метода при соблюдении их логической последовательности

 — количество студентов, выполнивших действия обобщенного метода хаотично

 

Рис. 7. Результаты сформированности действий, входящих в обобщенные методы решения познавательных задач различных типов

При разработке оценочных критериев и показателей в качестве основы была использована методика пооперационного и поэлементного анализа

А.В. Усовой. Оценивались: а) коэффициент сформированности умений

Кс = n/N , где n — число верно выполненных действий в алгоритме деятельности, N — число всех действий при индивидуальной оценке студента; б) коэффициент овладения деятельностью Ко = Т/Т1 , где Т1 — время, затраченное студентом, Т — время, затраченное специалистом на выполнение деятельности (под специалистом в данном случае понимается преподаватель, ведущий занятия); в) коэффициент овладения деятельностью КТ = a/b , где а — число верно выполненных заданий теста, b — число всех заданий теста. Коэффициенты Ко и КТ схожи между собой, но используются для оценки результативности различных видов деятельности. Значение коэффициентов 0,91—1 считалось оптимальным; 0,81—0,9 — достаточным.

Результаты выполнения всех предложенных заданий показали, что были достигнуты оптимальные значения коэффициентов усвоения.

Для оценки динамики формирования обобщенных методов самостоятельного проведения экспериментальных исследований у студентов сравнивались биноминальные распределения в трех генеральных совокупностях: после двух, четырех и пяти семестров обучения (для бакалавра физики). В качестве оценок вероятностей успешного освоения материала берутся доли студентов, правильно решивших задание. Проверяется гипотеза  при альтернативной гипотезе  . Выборочное значение критической статистики вычисляется  по формуле . Используется односторонний критерий. Критические точки определяются по правилу , где

Ф(х) — функция Лапласа, ? — выбранный уровень значимости. По таблице критических точек находим, что при ? = 0,05 значение  , а при

? =0,01 значение . В табл. 6 приведены выборочные значения критической  статистики.

Таблица 6

Выборочные значения критической статистики оценки сформированности

обобщенных методов проведения экспериментальных исследований

Период

обучения

Обобщенные методы проведения экспериментальных исследований  по:

воспроизведению физического явления (разработка экспериментальной установки)

установлению факта зависимости одной физической величины от другой

нахождению значения  конкретной физической величины

установлению вида зависимости одной физической величины от другой

2—4-й семестры

2,49

2,71

2,35

2,33

4—5-й семестры

0,1

0,73

– 0,08

0,43

Из таблицы видно, что при переходе от второго к четвертому семестру вероятности усвоения обобщенных методов решения всех задач значительно возрастают.  При переходе от четвертого семестра к пятому вероятности успешного усвоения практически не меняются. Это свидетельствует об устойчивости достигнутого успеха.  Можно считать, что формирование обобщенных методов происходит после полутора — двух лет обучения.

Исходя из результатов педагогического эксперимента, можно утверждать, что предложенная концепция и модель учебного процесса позволяют подготовить студентов к самостоятельному проведению любых экспериментальных исследований.

Основные выводы и результаты диссертационного исследования

Итогом проведенного исследования является концепция методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения исследований, соответствующих типовым познавательным задачам, решаемым экспериментально.

1. Проанализировано состояние проблемы обучения студентов методам проведения экспериментальных исследований. Установлена необходимость формирования у студентов обобщенных методов проведения любых экспериментальных исследований, что сделает выпускников университетов независимыми от конкретных условий будущей профессиональной деятельности.

2. В результате изучения и анализа работ физиков-экспериментаторов выделены цели их экспериментальной деятельности, которые обобщены в познавательные задачи следующих типов: воспроизведение физического явления (ПЗ№1); установление факта зависимости одной физической величины от другой (ПЗ№2); нахождение значения физической величины (ПЗ№3); установление вида зависимости одной физической величины от другой (ПЗ№4).

3. Выявлено содержание обобщенных методов решения выделенных типовых познавательных задач и установлена логическая последовательность их применения для проведения экспериментальных исследований.

4. Разработана методическая система формирования у студентов университетов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

5. Предложена модель учебного процесса по реализации разработанной концепции, изменяющей структуру практикума по общей физике. Доказана необходимость проведения вводного цикла занятий по формированию у студентов обобщенных методов решения типовых экспериментальных задач.

6. Разработана методика освоения обобщенных методов проведения исследований, соответствующих выделенным типовым познавательным задачам, которая обеспечивает формирование каждого действия метода; формирование обобщенных методов в целом и применение их для проведения конкретных экспериментальных исследований при изучении различных разделов курса общей физики; успешное применение студентами обобщенных методов при самостоятельном планировании и проведении конкретных экспериментальных исследований в различных лабораторных практикумах по электрорадиотехнике, основам автоматики и вычислительной техники, специальным физическим практикумам.

7. Разработан учебно-методический комплекс, включающий в себя учебное пособие, рабочую тетрадь для студентов, методические указания для преподавателей. Применение учебно-методического комплекса позволяет получить запланированный результат обучения.

8. Результаты педагогического эксперимента подтвердили гипотезу исследования. Студенты способны самостоятельно проектировать и создавать экспериментальные установки для воспроизведения любых физических явлений. Некоторые из студентов достигают такого уровня применения обобщенных методов, что могут разрабатывать оригинальные экспериментальные установки, не описанные в имеющихся практикумах. Большинство студентов способны переносить сформированные обобщенные методы с учебной деятельности на выполнение научно-исследовательских работ при дипломном проектировании, подготовке магистерских диссертаций и разработке проектов для участия в конкурсах и грантах. Преподаватели вузов после специального обучения могут успешно реализовать учебный процесс по формированию у студентов обобщенных методов экспериментальных исследований, соответствующих выделенным типовым познавательным задачам.

Основные результаты диссертационного исследования отражены в следующих публикациях автора:

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Смирнов, В.В. Использование стандартных программных пакетов для реализации университетских лабораторных практикумов / В.В. Смирнов // Педагогическая информатика. — 2005. — № 5. — С. 110—118 (0,5 п. л.).

2. Смирнов, В.В. Содержание деятельности по формированию у студентов университетов системы знаний о физических принципах работы компьютера / О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Физическое образование в вузах. — 2006. — Т. 12. № 4. — С. 12—25 (авт. — 0,45 п. л.).

3. Смирнов, В.В. Содержание, организация и принципы построения лабораторного практикума по общей физике в университетах / В.В. Смирнов // Физическое образование в вузах. — 2007. — Т. 13. № 2. — С. 58—69 (0,8 п. л.).

4. Смирнов, В.В. Учителю о подготовке физического эксперимента / В.В. Смирнов // Физика в школе. — 2007. — № 7. — С. 61—69 (0,5 п. л.).

5. Смирнов, В.В. Использование сочетания натурного и виртуального экспериментов при формировании экспериментальных умений у студентов в физическом вузе / В.В. Смирнов // Физическое образование в вузах. — 2008. — Т. 14. № 4. — С. 113—128 (1 п. л.).

6. Смирнов, В.В. Проблемы физического образования и пути их решения в свете материалов Х конференции «Современный физический практикум» / Г.П. Стефанова, М.Б. Шапочкин, Н.В. Калачев [и др.] // Физическое образование в вузах. — 2009. — Т. 15. № 1. —

С. 3—14 (авт. — 0,2 п. л.).

7. Смирнов, В.В. Введение в практикум по общей физике: учеб.-метод. комплекс /

Г.П. Стефанова, С.В. Анофрикова, В.В. Смирнов // Фундаментальные исследования. —

2009. — № 2. — С. 83 (авт. — 0,02 п.л.).

8. Смирнов, В.В. Возможности среды Mathcad для моделирования динамики цилиндрических магнитных доменов во вращающемся поле / А.У. Джалмухамбетов, Е.А Джалмухамбетова, В.В. Смирнов // Вестник СГТУ. — 2009. — №2(39). — Вып. 2. — С. 86—92 (авт. — 0,14 п. л.).

9. Смирнов, В.В. Модель обучения студентов университетов самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований и результаты ее реализации /

В.В. Смирнов // Физическое образование в вузах. — 2011. — Т. 17. № 3. — С. 25—30

(0,4 п. л.).

10. Смирнов, В.В. Управление процессом формирования экспериментальных умений у студентов университетов в ходе выполнения практикума по общей физике / В.В. Смирнов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. — 2011. — № 4 (4). —

С. 118—122 (0,3 п. л.).

11. Смирнов, В.В. Реализация комплекта лабораторных работ по основам автоматики и вычислительной технике на базе микроконтроллера Atmega 16 / В.В. Смирнов // Научно-технический вестник Поволжья. — 2011. — №5. — С. 247—252 (0,4 п.л.).

12. Смирнов, В.В. Использование микроконтроллера Atmega 16 для реализации комплекта лабораторных работ по общетехническим дисциплинам / В.В. Смирнов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. — 2011. — № 5 (4). — С. 118—122

(0,3 п. л.).

Монографии

13. Смирнов, В.В. Лабораторный практикум по физике как необходимое условие формирования профессиональных компетенций: моногр. / В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2008. — 152 с. (10,2 п. л.).

14. Смирнов, В.В. Инновационная модель подготовки студентов к самостоятельному проведению экспериментальных физических исследований: моногр. / В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2010. — 160 с. (10,7 п. л.).

Учебные и методические пособия

15. Смирнов, В.В. Практикум по техническому конструированию: в 2 ч.: учеб. пособие / В.В. Смирнов, А.М. Лихтер. — Астрахань: Изд-во Астрах. пед. ин-та, 1995. — Ч. 1. — 31 с. (авт. — 0,7 п. л.).

16. Смирнов, В.В. Практикум по техническому конструированию: в 2ч.: учеб. пособие / В.В. Смирнов, А.М. Лихтер. — Астрахань: Изд-во Астрах. пед. ин-та, 1995. — Ч. 2. — 24 с. (авт. — 0,8 п. л.).

17. Смирнов, В.В. Задачи по физике. Электричество и магнетизм: учеб. пособие / А.М. Лихтер, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд-во Астрах. пед. ин-та, 1999. — Ч. I. — 248 с. (авт. — 7,4 п. л.).

18. Смирнов, В.В. Задачи по физике. Электричество и магнетизм: учеб. пособие / А.М. Лихтер, В.В. Смирнов, Л.И. Кордонец. — Астрахань: Изд-во Астрах. пед. ин-та,

2001. — Ч. II. — 247 с. (авт. — 5,2 п. л.).

19. Смирнов, В.В. Физические основы оптико-электронных измерений: учеб. пособие / А.М. Лихтер, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2005. — 288 с. (авт. — 8,6 п.л.). Гриф НМС по физике для специальности 510400 «Физика».

20. Смирнов, В.В. Введение в практикум по общей физике: учеб. пособие / С.В. Анофрикова, Г.П. Стефанова, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2006. — 150 с. (авт. — 3 п. л.). Гриф НМС по физике для специальности 510400 «Физика».

21. Смирнов, В.В. Введение в практикум по общей физике. Рабочая тетрадь для студентов / С.В. Анофрикова, Г.П. Стефанова, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2006. — 80 с. (авт. — 1,6 п. л.). Гриф НМС по физике для специальности 510400 «Физика».

22. Смирнов, В.В. Введение в практикум по общей физике: учеб. пособие для преп. / С.В. Анофрикова, Г.П. Стефанова, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2006. — Ч. 1. — 21 с. (авт. — 0,4 п. л.).

23. Смирнов, В.В. Введение в практикум по общей физике: учеб. пособие для преп. / С.В. Анофрикова, Г.П. Стефанова, В.В.Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2006. — Ч. 2. — 22 с. (авт. — 0,4 п.л.).

24. Смирнов, В.В. Лабораторный практикум. Физика атомов и атомных явлений / сост. И.В. Водолазская, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2007. — 160 с. (авт.— 4,7 п.л.). Гриф НМС по физике для специальности 510400 «Физика».

25. Смирнов, В.В. Оптико-электронные измерения: лаб. практикум / В.В. Смирнов, А.М. Лихтер. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2010. — 160 с. (авт. — 4,7 п. л.). Гриф НМС по физике для специальности 510400 «Физика».

26. Смирнов, В.В. Учебные программы по специальности 032200 «Физика». Дисциплины предметной подготовки (электрорадиотехника и ОА и ВТ (физическая электроника)) / В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2004. — С. 98—107

(0,6 п. л.).

27. Смирнов, В.В. Учебные программы по специальности 032200 «Физика». Дисциплины предметной подготовки (общая и экспериментальная физика) / А.М. Лихтер, А.М. Борганцоев, В.И. Коломин, В.В. Смирнов. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2004. — С. 44—72 (авт. — 0,43 п. л.).

Патентный документ и свидетельства о государственной регистрации

программ для ЭВМ

28. Устройство для демонстрации процесса обработки аналогового сигнала в цифровой код и демонстрации дискретизации аналогового сигнала: пат. на полезную модель 2187888 Рос. Федерация / В.В. Смирнов, О.М. Алыкова. — Заявитель и патентообладатель Астрах. гос. ун-т. — №2009107248; заявл. 10.12.2009; опубл. 27.02.2009. — 4 с.: ил.

29. Виртуальный практикум по общей физике «Измерение и расчет основных свойств монокристаллических пленок феррит-гранатов» / Е.С. Цырульников, А.А. Подгоров,

В.В. Смирнов. № гос. регистрации 2006613813 от 03.11.2006; заявл. 07.08.2006.

30. Виртуальный практикум по общей физике «Расчет температурных зависимостей основных параметров монокристаллических пленок феррит-гранатов»  / В.В. Смирнов,

И.Т. Максудов. № гос. регистрации 2007613646 от 02.07.2007; заявл. 02.07.2007.

31. Виртуальный лабораторный практикум «Исследование влияния физических параметров магнитооптических установок на основе эффектов Фарадея и Керра на их информационные и метрологические характеристики» / В.В. Смирнов, А.М. Лихтер. № гос. регистрации 2007613246 от 06.08.2007; заявл. 6.08.2006.

32. Обучающая программа по физике для студентов всех специальностей / О.М. Алыкова, А.М. Лихтер, В.И. Коломин, В.В. Смирнов. № гос. регистрации 2009614538 от 25.08.2009; заявл. 26.06.2009.

33. Электронный учебно-методический комплекс по курсу общей физики для бакалавров, раздел «Оптика» / В.В. Смирнов, А.С. Гоголкин, К.С. Благовещенков, Э.О. Балбаев.

№ гос. регистрации 2009614538 от 25.08.2009; заявл. 25.02.2009.

34. Учебно-методический комплекс по курсу общей физики, раздел «Электричество и магнетизм» / В.В. Смирнов, А.С. Гоголкин. № гос. регистрации 209612555 от 21.05.2009;

заявл. 27.03.2009.

35. Виртуальная лабораторная работа «Изучение излучения атома водорода. Определение значения постоянной Ридберга» / В.В. Смирнов, А.К. Чернышев, И.К. Чернышев. № гос. регсистрации 209612718 от 28.05.2009; заявл. 14.04.2009.

36. Виртуальная лабораторная работа «Изучение дифракции электронов на кристаллических структурах» / В.В. Смирнов, А.К. Чернышев, И.К. Чернышев. № гос. регистрации 20961719 от 28.05.2009; заявл. 14.04.2009.

37. Виртуальная лабораторная работа «Исследование логических элементов И, ИЛИ, НЕ» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611645 от 01.03.2010; заявл. 11.01.2010.

38. Виртуальная лабораторная работа «Изучение работы мультиплексора и демультиплексора» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611648 от 01.03.2010; заявл. 11.01.2010.

39. Виртуальная лабораторная работа «Исследование работы шифратора и дешифратора» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611853 от 11.03.2010; заявл. 19.01.2010.

40. Виртуальная лабораторная работа «Исследование работы суммирующего и вычитающего счетчиков» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611854 от 11.03.2010; заявл. 19.01.2010.

41. Виртуальная лабораторная работа «Исследование работы универсального регистра» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611855 от 11.03.2010; заявл. 19.01.2010.

42. Виртуальная лабораторная работа «Исследование работы полусумматора и полного сумматора» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611856 от 11.03.2010; заявл. 19.01.20010.

43. Виртуальная лабораторная работа «Изучение работы тритеров различных типов» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611857 от 11.03.2010; заявл. 19.01.2010.

44. Виртуальная лабораторная работа «Изучение комбинационных схем для заданной логической функции» / В.В. Смирнов, Р.В. Емельянов, И.Ю. Штригель. № гос. регистрации 2010611857 от 11.03.2010; заявл. 19.01.2010.

45. Программа управления микроконтроллером для устройства демонстрации процесса дискретизации аналогового сигнала / В.В. Смирнов, О.М. Алыкова. № гос. регистрации 201061391 от 02.04.2010; заявл. 4.02.2010.

Статьи в сборниках научных трудов и материалов

научных конференций

46. Смирнов, В.В. Повышение эффективности лекционно-демонстрационного эксперимента при использовании компьютерных технологий на примере изучения темы «Магнетизм» / A.M. Лихтер, О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Сборник трудов международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники». М., 2004. — С. 63—65 (авт. — 0,1 п. л.).

47. Смирнов, В.В. Использование физического эксперимента и компьютерного моделирования при изучении темы «Магнетизм» курса общей физики в университете / A.M. Лихтер, О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Высокие технологии в педагогическом процессе: тр. V Междунар. науч.-метод. конф. преп. вузов, ученых и спец. (25—26 марта 2004 г.). — Н. Новгород: ВГИПА, 2004. — С. 376 (авт. — 0,2 п. л.).

48. Смирнов, В.В. Использование деятельностного подхода при реализации лабораторного  практикума  по  основам  электроники и вычислительной техники // В.В. Смирнов, О.М. Алыкова // Сборник трудов совещания-семинара «Физика в системе подготовки студентов нефизических специальностей университетов в условиях модернизации образования». 21—25 сент. 2004 г. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2004. — С. 140—142 (авт. — 0,1 п. л.).

49. Смирнов, В.В. Моделирование и натурный эксперимент в современном физическом практикуме / В.В. Смирнов, О.М. Алыкова // Высокие технологии в педагогическом процессе: тр. VI Междунар. науч.-метод. конф. преп. вузов, ученых и спец. (21—22 апр. 2005 г.). — Н. Новгород: ВГИПА, 2005. — С. 63—64 (авт. — 0,1 п. л.).

50. Смирнов, В.В. Разработка учебно-методического комплекса к спецкурсу «Физические основы оптико-электронных измерений» / A.M. Лихтер, В.В. Смирнов, О.М. Алыкова // Физика в системе современного образования (ФССО-05): материалы Восьмой Междунар. конф. — С.-Пб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2005. — С. 82—83 (авт. — 0,04 п. л.).

51. Смирнов, В.В. Содержание деятельности по экспериментальному нахождению значений физических величин / В.В. Смирнов // Материалы V Международной научной конференции «Физическое  образование:  проблемы  и  перспективы развития». — М.: МПГУ, 2006. — С. 261—270 (0,6 п. л.).

52. Смирнов, В.В. Содержание, организация и принципы построения лабораторного практикума по общей физике в университетах / В.В. Смирнов, Г.П. Стефанова, С.В. Анофрикова // Современный физический практикум: сб. тр. IX Междунар. учеб.-метод. конф. Волгоград,  19—21 сент. 2006 г. — Волгоград: Перемена, 2006. — С. 52—53 (авт. — 0,04 п. л.).

53. Смирнов, В.В. Использование оборудования фирмы PHWE при реализации лабораторного практикума по общей физике (на примере Астраханского государственного университета) / В.В. Смирнов // Материалы VI Международной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвящ. 105-летию со дня рожд. А.В. Перышкина. — М.: МПГУ, 2007. — Ч. 2. — С. 96—99 (0,25 п. л.).

54. Смирнов, В.В. Лабораторный практикум по общей физике с использованием оборудования фирмы PHYWE и его методическое обеспечение / В.В. Смирнов // Материалы Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и средства обучения физике, химии, биологии». 12—13 апр. 2007 г. — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2007. — С. 59—62 (0,25 п. л.).

55. Смирнов, В.В. Реализация лабораторного практикума по общей физике на базе современного оборудования / В.В. Смирнов // Информатизация образования-2007: материалы Междунар. науч.-практ. конф. — Калуга, 2007. — Т. 1. — С. 342—345 (0,25 п. л.).

56. Смирнов, В.В. Сочетание виртуального и натурного экспериментов при реализации физического практикума «Измерение и расчет основных параметров тонких магнитных пленок» / В.В. Смирнов // Информатизация образования-2007: материалы Междунар. науч.-практ. конф. — Калуга, 2007. — Т. 1 (0,25 п. л.).

57. Смирнов, В.В. Опыт использования оборудования фирмы PHYWE при реализации лабораторного практикума по общей физике / В.В. Смирнов // Физика в системе современного  образования  (ФССО-07):  материалы  IX  Междунар.  конф. — СПб.,  2007. — Т. 1. —

С. 130—132 (0,19 п. л.).

58. Смирнов, В.В. Курс «Основы физических знаний как научная база изучения технических дисциплин в вузах» / В.В. Смирнов, А.М. Лихтер, О.М. Алыкова // Материалы

VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». — М.: МПГУ, 2008. — Ч. 2. — С. 146—148 (авт. — 0,06 п. л.).

59. Смирнов, В.В. Принципы организации и проведения курса «Введение в практикум по общей физике» / В.В. Смирнов // Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития».— М.: МПГУ, 2008. — Ч. 2. — С. 196—200 (0,3 п. л.).

60. Смирнов, В.В. Формирование экспериментальных компетенций у школьников и студентов при изучении естественнонаучных дисциплин / Г.П. Стефанова, В.В. Смирнов // Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». — М.: МПГУ, 2008. — Ч. 1. — С. 214—216 (авт. — 0,09 п. л.).

61. Смирнов, В.В. Решение познавательных задач различных типов при реализации курса «Физические основы передачи информации с применением компьютера» / О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Материалы VII Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». — М.: МПГУ, 2008. —

Ч. 1. — С. 254—258 (авт. — 0,15 п. л.).

62. Смирнов, В.В. Роль и содержание физического эксперимента в курсе общей физики для специальностей информационно-математического направления университетов (раздел «Оптика и атомная физика») / О.М. Алыкова, А.Д. Киселёва, А.М. Лихтер, В.В. Смирнов // Материалы X Международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум». — Астрахань: Изд. дом МФО; Изд. дом «Астраханский университет», 2008. — С. 97—98 (авт. — 0,03 п. л.).

63. Смирнов, В.В. Формирование профессиональных компетенций у студентов университета, обучающихся по направлению «Физика» / Г.П. Стефанова, И.А. Крутова, В.В. Смирнов  // Материалы научно-методической конференции «Инновационные технологии и методы в профессиональном образовании студентов университета» (30—31 марта 2009 г.) — Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2009. — С. 11—14 (авт. — 0,08 п. л.).

64. Смирнов, В.В. Модель обучения студентов университетов методам самостоятельного проведения экспериментальных физических исследований / Г.П. Стефанова, В.В. Смирнов // Физика в системе современного образования (ФССО-09): материалы X Междунар. конф. Санкт-Петербург, 31 мая — 4 июня 2009 г. — СПб., 2009. — Т. 1. — С. 123—124 (авт. —

0,03 п. л.).

65. Смирнов, В.В. Перспективы использования информационных технологий в преподавании общетехнических дисциплин / В.В. Смирнов // Материалы Седьмой Международной заочной научно-методической конференции «Высшее профессиональное образование: современные тенденции, проблемы, перспективы»: в 2 ч. — Саратов: Изд. центр «Наука»,. 2010. — Ч. II. — С. 163—166 (0,25 п. л.).

66. Смирнов, В.В. Методическая система формирования у студентов университетов обобщенных методов планирования и проведения экспериментальных физических исследований / В.В. Смирнов // Физика в системе современного образования (ФССО-11): материалы XI Междунар. конф.: в 2-х т. — Волгоград. Изд-во ВГСПУ «Перемена», 2011. — Т. I. — С. 80—83 (0,25 п. л.).

Статьи в других изданиях

67. Смирнов, В.В. Разработка единого подхода к преподаванию общетехнических дисциплин в педагогических вузах / В.В.Смирнов // Преподавание физики в высшей школе — 2001. — № 20. — С. 40—46 (0,3 п.л.).

68. Смирнов, В.В. Использование универсальных учебно-лабораторных комплексов при изучении электрорадиотехники и основ электроники / В.В.Смирнов, О.М. Алыкова // Естественные науки: науч. журн. — Астрахань: Изд-во АГУ, 2003. — № 7 (авт. — 0,2 п. л.).

69. Смирнов, В.В. Спецкурс «Тонкие магнитные пленки» / В.В.Смирнов // Преподавание физики в высшей школе. — 2006. —  № 33. — С. 93—95 (0,2 п. л.).

70. Смирнов, В.В. Организация и принципы построения лабораторного практикума по общей физике в университетах / В.В. Смирнов // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. — 2006. — № 8(21). — С. 225—229 (0,3 п. л.).

71. Смирнов, В.В. Изучение физических принципов работы компьютера студентами университетов / О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. — 2008. — № 4 (4). — С. 86—94 (авт. — 0,3 п. л.).

72. Смирнов, В.В. Перспективы развития лабораторного практикума по общей физике на базе современного оборудования / В.В. Смирнов // Успехи современного естествознания. — 2009. — № 10. — С. 38—39 (0,25 п. л.).

73. Смирнов, В.В. Установка для экспериментального изучения передачи информации по инфракрасному каналу связи / О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Успехи современного естествознания. — 2009. — №11 (авт. — 0,06 п. л.).

74. Смирнов, В.В. Моделирование динамики цилиндрических магнитных доменов во вращающемся поле / А.У. Джалмухамбетов, Е.А. Джалмухамбетова, В.В. Смирнов // Прикаспийский журнал «Управление и высокие технологии». — 2009. — №3(7) (авт. —

0,3 п. л.).

Общий объем публикаций автора составляет 69,96 п. л.

СМИРНОВ Владимир Вячеславович

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ОБОБЩЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ У СТУДЕНТОВ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ ПОДГОТОВКИ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Подписано к печати 20.02.12. Формат60?84/16. Печать офс. Бумага офс

Гарнитура  Times. Усл. печ. л. 2,3. Уч.-изд. л. 2,5. Тираж 120 экз. Заказ

Издательство ВГСПУ «Перемена»

Типография Издательства ВГСПУ «Перемена»

400131, Волгоград, пр. им. Ленина, 27

Болховитинов В. Александр Григорьевич Столетов. — М.: Мол. гвардия, 1953. — С. 196.

Капица П.А. Эксперимент. Теория. Практика. — М.: Наука. — 1987. — С. 228—229.

Гальперин П. Я. О методе поэтапного формирования умственных действий // Теории учения: хрестоматия.

Ч. 1. Отечественные теории учения / под ред. Н. Ф. Талызиной, И. А. Володарской. — М.: Ред.-изд. центр «Помощь», 1996. — 140 с.

 



© 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.