Книги, научные публикации
На правах рукописи
ДОДОНОВ МИХАИЛ ВИТАЛЬЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ СТУДЕНТОВ ПЕДВУЗОВ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМИТАЦИОННО-МОДЕЛИРУЮЩЕГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
13.00.02 - теория и методика обучения физике
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук
Санкт-Петербург 2000
Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского го сударственного педагогического университета им. А. И. Герцена заслуженный деятель науки РФ, Научный руководитель член-корреспондент РАО, доктор педагогических наук, профессор В. В. Лаптев
Официальные оппоненты:
член-кореспондет РАО, доктор педагогических наук, профессор А. П.
Трнпицына кандидат технических наук, А. О. Фадеев
Ведущая организация: НИИ общего образования взрослых РАО.30. аседании Защша состоится 17 февраля диссертационного совета Д 113.05.09 по присуждению ученой степени доктора наук при Российском государственном педагогическом университете им. А. И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки д. 48, корп.1, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке РГПУ имени А.
И. Герцена.
Автореферат разослан 17 января 2000 г.
Ученый секретарь Диссертационного И. В. Симонова Совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Характер развития современного общества, происходящие в нем глобальные социально-экономические и научно-технические процессы, активизируют применение инновационных подходов к процессу обучения, гармонично до полняющие традиционные В последние годы интерес к данной проблеме приобрел особую значимость, что связано с информатизацией системы образования и, как следствие, внедрением новых информационных технологий (НИТ) в учебный процесс.
Квантовая механика является одним из важных разделов физики, занимающаяся исследованием явлении и процессов в микромире, недоступный непосредственному восприятию человека. Именно квантовая механика лежит в основе толкования явлений и процессов, изучаемых в молекулярной, атомной и ядерной физике. В -лом смысле важность изучения квантовой механики студентами педвузов не вызывает никакого сомнения. Однако, изучение квантовой механики сопряжено с рядом трудностей, а именно, использование сложного математического аппарата, невозможность проведения эксперимента из-за низкой технической оснащенности лабораторий многих факультетов педвузов, их несоответствие фебованиям безопасности и др. Это затрудняет понимание абстрактно-логических понятий и закономерностей, снижает возможности наглядности и тем самым приводит к снижению качества знаний студентов.
В работах [Л И. Анциферова, Г. А. Бордовского, В. А. Извозчикова, А. С.
Кондратьева, В. В. Лаптева, А. Д. Ревунова, А. М. Слуцкого, А. С. Феофанова, М. Л.
Фокина и др.] показано, что внедрение НИТ в практику обучения физике и основам квантовой механики в частности является одной из форм повышения эффективности, а также, что переход от традиционной методики преподавания физики к обучению физике с использованием средств НИТ техники неизбежен.
В последнее время разработан спектр педагогических программных средств (ППС), предназначенных для изучения основ квантовой механики. Возможности использования данного программного обеспечения в учебном процессе достаточно широки, что позволяет не только активизировать и разнообразить различные виды деятельности студентов, но и рассматривать качественно новые учебные задачи, решение которых необходимо для уяснения физического смысла изучаемых явлений.
В настоящий момент отсутствует методика использования имеющихся ППС в учебном процессе педвуза при изучении основ квантовой механики, что затрудняет работу как преподавателей, использующих эти ППС. так и разработчиков программного обеспечения.
Кроме того, отметим, что на сегодня сохраняется противоречие между интенсивно разрабатываемым новым программным обеспечением, и отсутствием должного обоснования проблемы перехода от традиционном методики обучения основам квантовой механики к методике обучения с применением НИТ.
Среди разработанных для изучения основ квантовой механики ППC наибольший интерес представляет имитаиионно-моделируюшие программное обеспечение. Вместе с тем, в методике преподавания физики остается нерешенным вопрос об эффективности использования на практике потенциальных преимуществ работы студентов с имитационно-моделирующим программным обеспечением в сравнении как с традиционной методикой изложения основ квантовой механики, так и с использованием других типов ППС (автоматизированные обучающие системы, диагностические и тренировочные ППС и т.д.).
Все это приводит нас к утверждению, что исследование проблемы применения имитационно-моделирующего программного обеспечения при обучении основам квантовой механики представляется весьма Объектом исследования является процесс обучения основам квантовой механики студентов физических факультетов педвузов с использованием имитационно моделирующего программного обеспечения.
Предметом исследования является методика использования имитационно моделирующего программного обеспечения как средства повышения эффективности обучения основам квантовой механики.
Целью диссертационного исследования явилась обоснование и разработка методики применения имитационно-моделирующего программного обеспечения для повышения эффективности обучения квантовой механике.
Методологическую основу составили :
- концепция системного подхода к анализу проблемы оптимизации педагоги ческого процесса;
- концепция информатизации системы физического образования;
- достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике.
Исследование опирается на работы известных ученых в области теоретической и общей физики, а также на частные методики обучения различным дисциплинам с использованием НИТ.
Гипотеза исследования: повышение эффективности обучения основам квантовой механики может быть обеспечено использованием имитационно-моделирующего программного обеспечения.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи исследования:
1. Проанализировать и исследовать пути повышения эффективности обу чения на основе использования средств НИТ.
2. Обосновать выбранную систему критериев оценки эффективности обу чения квантовой механике.
3. Проанализировать разработанное сертифицированное программное обеспечение с позиций методической целесообразности его примене ния при изучении квантовой механики.
4. Определить место использования имитационно-моделирующего про- граммного обеспечения в процессе обучении основам квантовой меха ники.
5. Разработав авторские методики использования имитационно- моделирующего программного обеспечения в процессе обучения осно вам квантовой механики.
6. Экспериментально доказать повышение эффективности обучения кван товой механике при внедрении разработанных авторских методик в процесс обучения квантовой механике в педвузах.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
- анализ психолого-педагогической, философской, физической и методической литературы;
- наблюдение учебного процесса преподавания квантовой механики в педвузах;
- педагогический эксперимент с целью выявления эффективности разра ботанной авторской методики;
- методы математической статистики для обработки результатов педаго гического эксперимента.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены:
- опорой основных положений и научных выводов на достижения педа гогики, психологии, физики, теории и методики обучения физике и ин форматике;
- адекватностью используемых методов целям и задачам исследования;
- корректным проведением экспериментального исследования, примене нием объективных научно обоснованных качественных и количест венных критериев оценки эффективности обучения;
- рациональным сочетанием теоретических и экспериментальных мето дов исследования;
- применением методов математической статистики.
Научная новизна и теоретическое значение работы состоят в следующем:
- определены возможности имитационно-моделирующего программного обеспечения, адекватные специфике раздела квантовой механики;
- выявлены пути применения имитационно-моделирующего программ ного обеспечения в обучении квантовой механике в педвузах;
- разработана новая методика обучения квантовой механике на основе использования имитационно-моделирующего программного обеспече ния, способствующая повышению эффективности обучения;
- сформулированы методические и технические требования для разра ботчиков программного обеспечения по разделу квантовая механика.
Практическая значимость исследования заключается в разработке:
- методических рекомендаций для преподавателей по использованию имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механики;
- авторского имитационно-моделирующего программного обеспечения, позволяющего на практике организовать процесс обучения основам квантовой механики с привлечением средств НИТ и повысит его эф фективность.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялось на базе Магаданского Педагогического Университета. Основные положения и результаты исследования обсуждались на кафедрах информатики, общей и теоретической физики названного вуза (1994-1999 гг.), на зональном совещании преподавателей физики, МПФ и общетехнических дисциплин педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока (г.
Барнаул, 1994 г.), на международной научно-практической конференции МПУ (г.
Магадан, 1994 г.). А также, основные результаты исследования докладывались на кафедре теории и методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена (1996-1999 гг.), на Герценовских педагогических чтениях по проблемам методики преподавания физики (1996- гг.), на международной конференции-выставке Информационные технологии в образовании (г. Москва, 1995 г.), на региональной научно-методической конференции Современные проблемы физического образования (г. Санкт Петербург, 1997 г.), на научно-практической межвузовской конференции Физическое образование в школе и вузе (г. Санкт-Петербург, 1997 г.).
На защиту выносятся следующие положения:
1. В условиях всеобщей информатизации системы образования использо вание имитационно-моделирующего программного обеспечения при обучении основам квантовой механики позволит повысить его эффек тивность.
2. Методика использования имитационно-моделирующего программного обеспечения при изучении основ квантовой механики, которая предпо лагает:
- использование имитационно-моделирующего программного обеспе чения как рабочего инструмента для анализа физических систем, яв лений и процессов, происходящих в микромире;
- применение имитационно-моделирующего программного обеспече ния на занятиях всех типов: лекционных, семинарских, практиче ских, лабораторных.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложения. Общий объем текста 161 страница Работа иллюстрирована графиками, таблицами и рисунками.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении определена научная проблема исследования, обоснована актуальность исследования, выделены объект и предмет исследования, сформулированы цель, гипотеза, задачи и методы исследования, показаны научная новизна работы, ее теоретическая и практическая значимость, апробация результатов исследования и приведены положения, выносимые на защиту.
В первой главе Современная вычислительная техника как средство повышения эффективности обучения квантовой механике на основе проведенного обзора психолого-педагогической и методической литературы по теме исследования, выделены методологические основы разработки авторской методики обучения квантовой механике для студентов педвузов с использованием имшационно моделирующего программного обеспечения.
В первом параграфе рассматривается понятие эффективности обучения как общенаучной категории, позволяющей установить значимость выполняемой деятельности обучения посредством соотнесения текущих результатов с теми, которые ожидаются. На основе методологического анализа определения этой категории в дидактике, рассматриваются различные подходы к оценке эффективности и выбору системы критериев оценки эффективности обучения.
В этом параграфе описываются количественные и качественные критерии эффективности обучения, показывается их взаимосвязанность, рассматриваются пути и методы их оценки, формулируются требования к выбранной системе критериев, а также обосновывается целесообразность при проведении педагогического эксперимента использования относительных критериев.
Во втором параграфе первой главы проанализированы возможности использования современной вычислительной техники в учебном процессе. Анализируя эффективность использования средств НИТ в процессе обучения, мы пришли к выводу, что применение ППС в обучении дисциплинам естественнонаучного цикла позволяет значительно повысить эффективность обучения. В частности, при изучении физики, возможен пересмотр методик обучения некоторых фундаментальных разделов на основе:
- численного решения уравнений, вызывающих у студентов трудности при использовании традиционных методов решения;
- графических иллюстраций сложных зависимостей, представляемых, обычно, в табличной или аналитической форме;
- существенного улучшения техники и методики лабораторного физического эксперимента.
Анализ зарубежных и отечественных исследований, а также практики использования НИТ в учебном процессе позволяет сделать вывод, что одной из основных причин создания низкокачественных ППС является частичное, а порой и полное игнорирование дидактических принципов обучения при их разработке.
Общим для большинства ППС", оказывающих невысокий обучающий и развивающий эффект, являются методически не обоснованные цели и задачи разработанных ППС.
Большинство зарубежных и отечественных ученых-методистов подчеркивают тот факт, что результаты обучения (формирование системы знаний, умений и навыков) достигаются при использовании традиционной методики преподавания физики без применения НИТО.
В третьем параграфе первой главы проанализированы возможности использования программных средств различных типов в зависимости от целей и задач, которые ставит преподаватель в ходе проведения занятий с привлечением средств НИТ.
Рассмотрен опыт использования при обучении физике ППС следующих типов:
- управляющие программы и автоматизированные обучающие системы, - диагностические программы (гесты);
- тренировочные программы (тренажеры);
- справочные и информационно-поисковые базы данных;
- измеряющие и контролирующие программы;
- имитационные программы;
- экспертные системы (репетиторы);
- моделирующие программы;
- "микромиры" (виртуальная реальность);
- инструментальные программные средства;
- языки программирования.
В этом же параграфе определены место и роль имитационно моделирующего программного обеспечения в методике обучения физике. Отличительной особенностью моделирующих программ по отношению к имитационными программам является возможность описания не только существующих объектов или физических процессов, но и создание моделей, не встречающихся в природе, основанных на закономерностях заданных исследователем. Однако имитационные и моделирующие программы имеют много общего. Часто бывает сложно соотнести рассматриваемую программу к тому или иному типу. Поэтому мы считаем целесообразным использование понятия имитаци-онно-моделирующее программное обеспечение.
Имитационно-моделирующее программное обеспечение позволяет:
- студенту самостоятельно исследовать заданную физическую систему путем свободного выбора значений определенных параметров и анали за получаемых результатов;
- преподавателю освободить студента от создания математической моде ли и использования сложного математического аппарата, что значи тельно экономит время на изучение учебного материала Специфика изучения квантово-механических явлений и понятийного аппарата теории, заключающаяся в минимальной наглядности учебного материала, несоответствии теоретических концепций и выводов соображениям здравого смысла, сложности и непривычности математического аппарата теории и т.д., диктует нам необходимость использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики.
При изучении квантовой механики имитационно-моделирующее программное обеспечение позволяет:
- проводить физические эксперименты на экране компьютера, в тех ус ловиях, когда делать это на реальном объекте практически невозможно или нецелесообразно;
- оперировать абстрактными математическими конструкциями и пред ставлять их в графической, наглядной форме;
- моделировать и демонстрировать динамику протекания сложных для понимания студентов физических процессов, осуществляя при этом диалог с пользователем.
Во второй главе исследования Методика использования имитационно моделирующего программного обеспечения при обучении квантовой механике описывается авторская методика использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике студентов педвузов, а именно, соответственно рассматриваются особенности использования имитационно-моделирующих программ в курсе общей, теоретической физики, а также возможности использования в спецкурсах, курсовых и дипломных работах.
В первом параграфе второй главы рассматриваются особенности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике.
Особенности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики вытекают, прежде всего, из своеобразия квантовой теории. Физические процессы и явления, изучаемые в квантовой механике, не воздействуют непосредственно на наши органы чувств, такая форма наглядности носит название опосредованно-конкретная. При изучении большинства разделов физики, например, классической механики, молекулярной физики и термодинамики, студенты имеют дело с непосредственно-конкретной формой наглядности, когда исследуемые предметы и явления воздействуют непосредственно на наши органы чувств.
При изучении физических процессов и явлений, которые не воздействуют на наши органы чувств, большую роль играют модели рассматриваемых объек- гов, заменяющие отсутствующие наглядные образы рассматриваемых процессов и явлений. С учетом сложности используемого математического аппарата, реализация моделей в квантовой механике целесообразна с использованием современной вычислительной техники.
Анализ работ по исследуемой проблеме позволил нам выделить следующие причины плохого усвоения студендами этого материала:
- минимальная наглядность;
- несоответствие теоретических концепций и выводов соображениям здравого смысла;
- двойственный характер квантовой механики;
- абстрактный характер описания микроскопических объектов;
- сложность и непривычность математического аппарата теории;
- отсутствие возможностей экспериментальной демонстрации квантово- механических эффектов.
Проведенный анализ особенностей изучения квантовой механики позволяет сделать вывод, что использование имитационно-моделирующего программного обеспечения дает возможность облегчить понимание квантово-механической теории, а в некоторых случаях обойти трудности изучения такого сложного раздела физики.
Во втором параграфе второй главы описывается методика использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в курсе общей физики. В курсе общей физики, при изучении раздела Элементы квантовой механики, студенты знакомятся с фундаментальными опытами, подтверждающими основные положения данной теории. Большинство из этих опытов трудно или невозможно осуществить в рамках учебного процесса педвузов. Имитаци-онно-моделирующие программное обеспечение позволяет проводить большинство опытов даже с большей эффективностью, чем натурные.
В процессе изучения этого раздела следует использовать готовое имита-ционно моделирующее программное обеспечение, так как желательно, чтобы оно было разработано одним профессиональным коллективом и представляло собой единый методический пакет. Это связано с тем, что математические модели физических опытов по квантовой механике достагочно сложны для реализации их на компьютере студентами самостоятельно, а также с необходимостью использования графических возможностей персональных компьютеров для обеспечения максимальной наглядности проведения физических экспери ментов, профессиональная реализация которых студентами весьма ограничена.
Для минимизации времени, требуемого студентам для адаптации к новому программному обеспечению, необходимо, чтобы во всех имитационно моделирующих программах, поддерживающих этот курс, использовались одинаковые - знаковые символы для обозначения всех аналогичных элементов схемы физического эксперимента (источник, приемник, гальванометр и др.);
- управляющие клавиши клавиатуры персонального компьютера для выполнения подобных операций.
Проведенный анализ квантово-механических задач, традиционно изучаемых студентами педвузов в курсе общей физики, позволил выделить ряд задач, решение которых с использованием имитационно-моделирующих программ не целесообразно с методической точки зрения, к таким задачам относятся: мысленный эксперимент по дифракции электронов от одной и двух щелей, задача электрон в лящике и ряд других задач.
В этом же параграфе содержание авторской методики раскрывается на примерах проведения конкретных занятий. Например, при изучении фундаментальных экспериментов, приведших к созданию квантовой теории, рассматривается использование имитационно-моделирующих программ опытов Дэвиссона и Джермера, опытов Томсона и Тар гаковского. При этом выделяются те опыты и квантово-механические задачи, которые могут быть предложены студентам для самостоятельной разработки имитационно-моделирующих программ, например, движение свободной элементарной частицы, рассеяние квантовой частицы прямоугольным потенциальным барьером, гармонический осциллятор и ряд других задач.
Разработка такой имитационно-моделирующей программы может быть предложена студентам в качестве курсовой работы, что будет увеличивать познавательную активность к данному учебному материалу, а преподаватель может использовать наиболее удачно разработанные программы в учебном процессе.
В третьем параграфе второй главы описана авторская методика использования имтационно-моделирующего программного обеспечения в курсе теоретической физики. Раздел Квантовая механика курса теоретической физики наиболее сложен как с точки зрения его изучения, так и с точки зрения преподавания.
Основные понятия и положения квантовой механики не должны преподноситься в готовом виде. Только в процессе их постепенного формирования и подробного обсуждения с опорой на принцип соответствия и с постоянными ссылками на эксперимент (реальный, мысленный и имитационный (компьютерный)) может быть преодолен логический скачек между эмпирическим базисом и конструкцией теории.
Здесь очень полезными оказываются пропедевтические семинарские занятия, на которых студенты самостоятельно или под ру- ководсгвом преподавателя пытаются выявить логическую структуру квантовой механики, используя проведение имитационно-моделирующих экспериментов на компьютере. После проведения подобных занятий нам представляется целе сообразным преподносить лекционный материал в форме определений, постулатов, теорем и следствий из них, но, разумеется, с подробными физическими комментариями.
Из имеющегося имитационно-моделирующего программного обеспечения следует отдать предпочтение открытым системам, позволяющим студентам не только изучить реализацию алгоритма того или иного метода решения, но и внести свои коррективы в программу. Это повышает познавательную активность студентов и способствует более глубокому пониманию учебного материала. Учитывая важность устойчивости и сходимости разработанного алгоритма решения квантово-механической задачи, нами предлагается более широкое использование экспериментального метода оценки устойчивости различных схем решения дифференциальных уравнений в частных производных. Большим достоинством данного метода является то, что для его применения не требуются громоздких математических вычислений и, соответственно времени.
Для экспериментальной проверки устойчивости схемы студенты могут использовать следующие методы:
1. Сравнение результатов численного расчета с уже имеющимися анали тическими решениями;
2. Сопоставление результатов полученных решений при помощи разных методов приближенных вычислений (в том числе при использовании различных схем);
3. Применение различных сеток (например, сетки с разным количеством узлов) с анализом полученных результатов;
4. Сравнение результатов решения с эталонным.
Учитывая все это, мы считаем необходимым, чтобы студенты при изучении квантовой механики в курсе теоретической физики знакомились не только с математической моделью рассматриваемых задач, но и имели доступ к разработанным алгоритмам.
Разработка алгоритма является одним из этапов решения задачи с использованием численных методов. Используя листинг программы, студенты имеют возможность вносить изменения в алгоритм решения. Так, например, имитационно-моделирующая программа Gauss.exe в качестве краевых условий использует условия Дирихле:
волновая функция обращается в ноль на границах сеточной области. Студенты могут, после внесения необходимых изменений в листинг программы, использовать условия фон Неймана: первая производная волновой функции обращается в ноль на границах сеточной области. При разработке подобных имитационно-моделирующих программ большое значение имеет и выбранный язык программирования. Для самостоятельной работы студентов открытые имитационно-моделирующие про- граммы должны быть разработаны с использованием модульного или визуального программирования. В качестве рекомендуемых языков программирования можно назвать Turbo Pascal, Delphi, Visual Basic и др. Такой подход позволит разделить модули программы, которые поддерживают интерфейс с пользователем, от модулей, в которых реализован непосредственно алгоритм решения. В результате внимание студентов будет привлечено к непосредственно рассматриваемому алгоритму, а не к способам, посредством которых выводятся результаты на экран Сравнение результатов расчета квантово-механических систем аналитическими и численными методами полезно для студентов. Такой анализ демонстрирует студентам перспективность использования численных методов при решении задач квантовой механики. С использованием рассмотренных имитаци-онно моделирующих программ можно решать достаточно большое количество квантово механических задач.
В четвертом параграфе второй главы рассматриваются возможности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в спецкурсах, курсовых и дипломных работах. В связи с тем, что на рассмотрение многих вопросов не хватает учебного времени, мы считаем целесообразным вынесение отдельных вопросов вычислительной физики связанные с квантовой механикой на дополнительное изучение.
Для студентов некоторые темы, связанные с данным учебным материалом, могут быть интересными и полезными в познавательном плане. Например, можно рассмотреть распространение гауссова пучка света в оптическом волноводе, движение элементарных частиц в потенциалах различной формы, взаимодействие микрочастиц с электромагнитным полем, рассеяние частиц в центрально симметричном поле и т.д.
В курсовых и дипломных работах студентов должно быть уделено внимание анализу сходимости и устойчивости предлагаемого метода решения. Такие работы дают представление о вычислительной физике и позволяют студентам проявить себя в научно-исследовательской деятельности.
В третьей главе Организация и результаты педагогического эксперимента описывается организация, структура, содержание и результаты проведенного педагогического эксперимента, приводятся количественные оценки эффективности представляемой методики.
Педагогический эксперимент проводился в течении 1996-1999 годов в Магаданском Педагогическом Университете на физико-математическом факультете, отделения физика-математика и физика-информатика.
В соответствии с основными идеями мы поставили задачи, решения которых должны были подтвердить правильность предложенной гипотезы, а именно доказать, что повышение эффективности обучения основам квантовой ме- ханики студентов педвузов может быть обеспечено использованием имитационно моделирующего программного обеспечения.
Задачей всех этапов экспериментальной работы явилось выяснение целесообразности использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике.
При оценке эффективности предложенной методики мы руководствовались следующими критериями:
1. Проявление у студентов интереса к работе с имитационно- моделирующим программным обеспечением.
2. Повышение качества полученных знаний студентов.
3. Умение студентов самостоятельно разрабатывать имитационно- моделирующие программы по изученным разделам курса физики.
4. Участие студентов в спецкурсах, их работа над курсовыми и диплом ными работами.
5. Интерес преподавателей к предлагаемой методике.
Полученные знания студентов проверялись на основе анализа ответов во время текущих занятий, анализа результатов срезовых контрольных работ, в процессе обобщающих семинаров, зачетных и экзаменационных занятий. В ходе эксперимента было обнаружено качественное и количественное повышение характеристик качеств знаний, показателей активности студентов и их познавательного интереса к изучаемому учебному материалу.
Результаты экспериментального исследования были интерпретированы соответствующими диаграммами. Их анализ убедительно показывает преимущества разработанной авторской методики обучения квантовой механики студентов педвузов с использованием имитационно-моделирующего программного обеспечения.
Обоснованность выводов экспериментального исследования подтверждается длительностью эксперимента, его повторяемостью, сопоставлением данных, полученных с помощью различных методов педагогического исследования, статистическими методами обработки результатов педагогического эксперимента.
На основании полученных результатов проведенного экспериментального исследования можно утверждать педагогическую целесообразность разработанной авторской методики использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения квантовой механики студентов педагогических вузов.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ Выполненное исследование имеет теоретико-экспериментальный характер, оно направлено на разработку методики обучения основам квантовой механики студентов педвузов с использованием имитационно-моделирующего программного обеспечения На основе проведенного теоретического исследования и экспериментальной проверки разработанной авторской методики можно сделать следующие выводы:
1. Применение традиционной методики изучения основ квантовой меха ники в педвузах имеет ряд недостатков, ряд из которых могут быть устранены использованием имитационно-моделирующего программно го обеспечения.
2. Внедрение в учебный процесс педвузов имитационно-моделирующего программного обеспечения по квантовой механике активизирует по знавательный интерес студентов, способствует более глубокому и прочному усвоению учебного материала.
3. Использование в обучении квантовой механике в педвузах имитацион но-моделирующего программного обеспечения дозволяет расширить самостоятельную и исследовательскую деятельность студентов не только на лекционных и практических занятиях, но и при работе над курсовыми, дипломными работами.
4. Применение имитационно-моделирующего программного обеспечения должно гармонично дополнять традиционные методы изложения учеб ного материала.
5. Использование имитационно-моделирующего программного обеспе чения при изучении основ квантовой механики должно обеспечиваться дидактической целесообразностью и необходимостью формирования у студентов навыков аналитического решения квантово-механических задач.
6. Внедрение авторской методики в практику работы педвузов способст вует повышению эффективности обучения квантовой механике.
Основное содержание исследования автора отражено в следующих работах:
1. Развитие творческих способностей студентов при решении физических машиноориентированных задач. //Подготовка студентов к творческой работе в школе: тезисы доклада XXVII зонального совещания препода вателей физики, МПФ и общетехнических дисциплин педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока. Барнаул, БГГ1И. 1994. (Соавтор: Малева- ный Ю.В.) 2. Задачи по физике для компьютера. //Международный университет: Те зисы доклада Международной научно-практической конференции МПУ. Магадан, МПУ. 1994. (Соавтор: Малеваный Ю.В.) 3. Интегро-дифференциальный подход проведения лабораторно- практических занятий в учебном процессе. //Информационные техно логии в образовании. Тезисы доклада 4-й Международной конферен- ции-выставки. Москва. Международная академия информатизации.
Министерство образования Российской Федерации. КНПП БИТ. 1995.
4. Использование средств ВТ при изучении темы Квантовая механика в педагогических вузах. //Современные проблемы физического образова ния. Материалы региональной научно-мегодической конференции Санкт-Петербург: Образование. 1997.
5. Интеграция курсов Основы квантовой механики и Численные мето ды (в аспекте решения дифференциальных уравнений в частных про изводных) на физических факультетах педвузов. //Вопросы теории и практики обучения информатике. Сборник научных трудов. Санкт- Петербург, 1997.
6. Экспериментальный метод оценки устойчивости численных методов при решении одномерного уравнения Шредингера в курсе Основы квантовой механики. //Физическое образование в школе и вузе. Мате риалы научно-практической межвузовской конференции. Санкт- Петербург: Образование. 1997.
7. Имитационное компьютерное моделирование в преподавании кванто вой механики. //Преподавание физики в школе и вузе. Материалы на учной конференции Герценовские чтения. Санкт-Петербург: Образо вание. 1997.
8. Интеграция сопряженных частей курсов Основы квантовой механики и Численные методы на физических факультетах педвузов //Обучение физике в школе и вузе. Межвузовский сборник научных статей. Санкт-Петербург: Образование. 1998.
9. Использование имитационного программного обеспечения при само стоятельном изучении некоторых вопросов курса Основы квантовой механики. //Физика в школе и вузе. Сборник научных статей. Санкт- Петербург: Образование. 1998. (Соавтор: Лактионов А.А.)
Книги, научные публикации