МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЯВЛЕНИЙ И ПРОЦЕССОВ В КУРСЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА

Актуальность исследования. Фундаментальная подготовка по физике всегда являлась одним из приоритетных направлений высшего политехнического образования. Основным результатом фундаментализации физического образования можно считать развитие
теоретического мышления студентов. При этом физическая теория остается одним из наиболее трудных для усвоения элементов содержания курса общей физики вследствие наличия в ней большого объема абстрактного материала. Это обстоятельство препятствует обучению физике на высоком теоретическом уровне сложности, эффективность которого доказана основоположниками теории деятельностного развития в педагогике (В.В. Давыдов,
Н.Ф. Талызина, Д.Б. Эльконин). В обучении физике в вузе, по-прежнему, можно отметить
определенную оторванность теоретического материала от его практического применения.
Практическим применением теории является построение теоретических моделей реальных
процессов и явлений. Для полноценного овладения физической теорией студенты должны
не только изучить основные теоретические концепции, но и познакомиться с построенными
на их основе теоретическими моделями, представлять область их применимости.
При традиционном (на лекциях и, частично, на практических занятиях) изучении
моделей основное внимание студентов концентрируется на представляющем субъективную
трудность математическом аппарате. При этом поведение изучаемой модели должно воспроизводиться в мысленном эксперименте, который практически не поддается контролю со
стороны преподавателя. При выполнении мысленного эксперимента у студентов отсутствует возможность опоры на материальную деятельность, на преимущественно развитый у
студентов технического вуза предметно-деятельностный стиль мышления. Таким образом,
деятельностное изучение модели обрывается на полпути, у студентов не возникает законченной взаимосвязи теоретических концепций, математических выкладок с поведением некоторого физического объекта. Очевидно, что для полноценного (деятельностного) изучения теоретических моделей необходимо формировать навыки мысленного эксперимента и
связанное с ним понимание физических процессов и явлений, упражняясь во внешней, контролируемой извне и преподавателем, и студентами, деятельности с объектом той же степени идеализации, которая заложена в теории и математических выкладках. В натурном физическом эксперименте трудно воспроизвести идеальные условия, описанные в теории, поэтому он не всегда может стать опорой для формирования навыков мысленного эксперимента. Таким объектом, посредством которого обучение мысленному эксперименту происходит во внешней материализованной деятельности, которой можно управлять, является
компьютерная модель.
Поскольку в изучении теоретических моделей основной упор делается на овладении
физическим содержанием, то наиболее целесообразным следует признать изучение физических теоретических моделей с помощью компьютерного моделирования в курсе физики.
Методике использования в учебном процессе компьютерных моделей посвящен ряд научных исследований и диссертационных работ (Е.И. Бутиков, И.М. Нуркаева, И.А. Несмелова, Е.В. Оспенникова, А.М. Толстик, А.В. Худякова). В этих работах убедительно показано,
что наилучшей организационной формой изучения компьютерных моделей являются лабораторные работы, во время которых каждый обучаемый лично взаимодействует с моделью,
однако основной акцент в этих исследованиях сделан на конструирование моделей. Но для
того чтобы получить знания о модели недостаточно только ее сконструировать, необходимо
изучить свойства и физический смысл построенной модели. Поэтому активное материализованное изучение теоретических моделей в имеющихся компьютерных разработках реализуется не в полной мере. Это препятствует пониманию студентами физической сути модели
и усвоению соответствующего теоретического материала. В настоящее время разработкой компьютерных лабораторных работ по физике занимаются во многих отечественных и зарубежных вузах (Москва, С-Петербург, Тверь,
Томск, фонд Shoder и др.). Анализ современных разработок компьютерных лабораторных
работ позволил разделить их на две группы: работы, направленные на воспроизведение реальных физических экспериментов – В.В. Ларионов, В.В. Монахов, Д.В. Пичугин, С.К.
Стафеев, др.; и работы, направленные на изучение физических теоретических моделей
(компьютерные моделирующие лабораторные работы) – А.А. Бессонов, Е.И. Бутиков,
С.М.Козел, В.А. Стародубцев.
При проектировании тех и других работ существенной разницы в подходах не наблюдается, что нельзя считать оправданным, так как работы направлены на изучение объектов разной природы (реальной и идеальной). При выполнении компьютерных лабораторных работ, направленных на изучение теоретических моделей, (как и при выполнении компьютерных работ, воспроизводящих реальные физические эксперименты) за основу берется
методика проведения натурного эксперимента. Полное усвоение теоретического материала
здесь является необходимым условием допуска к работе. В результате выполнение компьютерной моделирующей лабораторной работы становится иллюстрацией к изученной теории.
Естественно, если теорию удалось изучить достаточно хорошо без компьютерной модели,
то не следует ожидать большой эффективности от выполнения самой работы. Поэтому низкая эффективность компьютерных лабораторных работ неоднократно критиковалась в печати (А.А. Гладун, О.Н. Крохин, А.Н. Мансуров). Для повышения эффективности компьютерных лабораторных работ, направленных на изучение физических теоретических моделей, необходимо разработать специальную педагогическую концепцию проектирования,
которая позволит усваивать теоретический материал постепенно в процессе изучения модели, формировать навыки выполнения мысленного эксперимента во внешней материализованной деятельности. Основой для построения такой концепции является концепция последовательного (поэтапного) погружения в материал, не применявшаяся ранее к компьютерным лабораторным работам.
Купить