На правах рукописи
ДОДОНОВ МИХАИЛ ВИТАЛЬЕВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ СТУДЕНТОВ ПЕДВУЗОВ НА...
9 downloads
173 Views
303KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
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 государственного педагогического университета им. А. И. Герцена заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАО, доктор педагогических наук, профессор В. В. Лаптев
Научный руководитель
Официальные оппоненты:
член-кореспондет педагогических наук, Трнпицына
РАО, профессор
доктор А. П.
кандидат технических наук, А. О. Фадеев Ведущая организация:
НИИ общего образования взрослых РАО
аседании .30. 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
Ученый секретарь Диссертационного Совета
2000 г.
И. В. Симонова
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 дополняющие 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 имитационномоделирующего программного обеспечения. Предметом исследования является методика использования имитационномоделирующего 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 программного обеспечения в процессе обучении основам квантовой меха ники. 5. Разработав авторские методики использования имитационномоделирующего 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 (1996-1999 гг.), на международной конференции-выставке «Информационные технологии в образовании» (г. Москва, 1995 г.), на региональной научно-методической конференции «Современные проблемы физического образования» (г. СанктПетербург, 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 имшационномоделирующего 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 имитационномоделирующего 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 квантовомеханических 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-ционномоделирующее 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 имитационномоделирующих 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 «ящике» 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 целесообразным 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-онномоделирующих программ можно решать достаточно большое количество квантовомеханических 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 центральносимметричном 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 имитационномоделирующего 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 имитационномоделирующим программным обеспечением. 2. Повышение качества полученных знаний студентов. 3. Умение студентов самостоятельно разрабатывать имитационномоделирующие 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: Малеваный 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 лабораторнопрактических 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. СанктПетербург, 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. СанктПетербург: 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. СанктПетербург: Образование. 1998. (Соавтор: Лактионов А.А.)