Формування вмінь комп'ютерного моделювання майбутніх вчителів фізики в процесі навчання інформатики

Abstract

У дисертації обґрунтовано доцільність впровадження методичної системи формування вмінь комп’ютерного моделювання майбутніх учителів фізики в процесі навчання інформатики. Уточнено понятійний апарат комп’ютерного моделювання. Розроблено і впроваджено в навчальний процес підготовки майбутніх учителів фізики окремі компоненти методичної системи (зміст, засоби, методи і форми) наскрізного навчання комп’ютерного моделювання засобами різних програмних середовищ, теоретично та експериментально доведено їх ефективність. Впровадження в навчальний процес підготовки студентів фізичних спеціальностей педагогічних університетів наскрізного навчання комп’ютерного моделювання дає змогу забезпечити розвиток їхніх інтелектуальних умінь, глибоке розуміння процесів, що моделюються, формувати дослідницькі вміння, поглибити знання і вміння з інформатичних, фізичних та математичних дисциплін, удосконалювати навички роботи в різних програмних середовищах. Результати дисертаційного дослідження можуть бути використані при викладанні інформатичних дисциплін у процесі підготовки майбутніх учителів фізики.

В диссертации представлена научно обоснованная концепция системы сквозного обучения компьютерному моделированию будущих учителей физики в процессе обучения информатике. В ходе исследования проведен ретроспективный анализ метода моделирования, на исторических примерах показаны возможности его применения для компьютерного моделирования физических явлений. Исследованы подходы к толкованию понятий модели, моделирования, классификации моделей, уточнен понятийный аппарат компьютерного моделирования, предложена обобщенная классификация моделей. Рассмотрена роль компьютерного моделирования в учебно-познавательном процессе. В работе проанализированы психолого-педагогические особенности обучения компьютерному моделированию. Показано, что при организации учебной деятельности для комплексного формирования у студентов умений компьютерного моделирования необходимо, во-первых, учитывать индивидуально-психологические возможности каждого студента, во-вторых, развивать умения применять такие операции мышления, как анализ, синтез, абстрагирование, выделение главного, сравнение, обобщение, конкретизация, классификация, систематизация и др., являющиеся составляющими процесса интеллектуальной деятельности, связанной с компьютерным моделированием. Таким образом, обучение компьютерному моделированию будет способствовать интеллектуальному развитию студентов. Уточнен состав компонентов системы информационно-коммуникационных компетентностей будущих учителей физики, среди которых выделены касающиеся проблемы обучения компьютерному моделированию, проведен анализ исследованности процесса формирования каждого из этих компонентов. Рассмотрены психолого-педагогические требования, которым должны удовлетворять компьютерные модели учебного назначения. В ходе исследования выделено ряд концептуальных положений методики обучения компьютерному моделированию будущих учителей физики. 1. Внедрение в учебный процесс методической системы обучения компьютерному моделированию способствует формированию информатических компетентностей будущих учителей физики и информатики, повышению уровня их профессиональной подготовки. 2. Для формирования соответствующего уровня профессиональной подготовки будущих учителей физики по созданию и использованию компьютерных моделей в учебном процессе обучение компьютерному моделированию должно быть сквозным. Предлагается организовать такое обучение в четыре взаимосвязанных последовательных этапа: пропедевтический, начальный, основной и исследовательский. 3. Главной целью обучения компьютерному моделированию будущих учителей физики является формирование умений создавать компьютерные модели физических явлений и процессов средствами разных программных сред. 4. Пропедевтику обучения компьютерному моделированию (пропедевтический этап) необходимо проводить в общем курсе информатики. Обучать основам компьютерного моделирования (начальный этап) будущих учителей физики целесообразно в рамках предусмотренного стандартом высшего образования модуля “Моделирование” дисциплины “Информатика”. Учебный курс “Компьютерное моделирование” (основной этап) целесообразно вводить на четвертом году подготовки будущих учителей физики после накопления студентами знаний и умений по базовым информатическим, физическим и математическим дисциплинам. Обучать компьютерному моделированию целесообразно также и в рамках работы соответствующих научных кружков, проблемных групп, написания курсовых робот по информатике и методике обучения информатике (исследовательский этап). Разработано и введено в практику подготовки будущих учителей физики учебно-методическое обеспечение сквозного обучения компьютерному моделированию с использованием разных программных средств, которое включает: программу и смысловое наполнение обучения основам компьютерного моделирования в рамках модуля “Моделирование” дисциплины “Информатика”, курса “Компьютерное моделирование”; учебное пособие (с грифом МОН Украины) “Моделювання фізичних явищ у комп’ютерних навчальних програмах”, которое содержит описание 11-ти лабораторных работ и сопровождается CD-диском с примерами реализации компьютерных моделей разными программными средствами; методические рекомендации по организации роботы студенческого научного кружка по компьютерному моделированию, к тематике и содержанию курсовых работ по компьютерному моделированию; сайт “Комп’ютерне моделювання” (http://cmodel.in.ua) для поддержки (в частности, дистанционной) учебной деятельности по компьютерному моделированию, где размещен комплекс учебно-методических материалов, рекомендаций, публикаций и полезных ссылок. Экспериментальным путем удалось показать, что педагогически взвешенное и обоснованное внедрение в учебный процесс подготовки студентов физических специальностей педагогических университетов сквозного обучения компьютерному моделированию обеспечивает развитие их интеллектуальных умений, способствует формированию исследовательских умений, углублению знаний и умений по информатическим, физическим и математическим дисциплинам, глубокому пониманию моделируемых процессов, усовершенствованию навыков работы с разными программными средствами. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы в преподавании информатических дисциплин в процессе подготовки будущих учителей физики.

The dissertation substantiates the advisability of introducing a methodical system of forming computer modelling skills for physics teachers to be in the process of teaching informatics. It refines the conceptual apparatus of computer modelling. Individual components of the methodical system (content, means, methods and forms) of the end-to-end teaching of computer modelling through various software environments have been developed and introduced into the educational process of training physics teachers to be, their efficiency has been proved theoretically and experimentally. Introducing the end-to-end teaching of computer modelling into the educational process of training students of physical specialities at pedagogical universities allows the development of their intellectual skills and deep understanding of modelled processes to be ensured, research skills to be formed, knowledge and skills in informatics, physical and mathematical disciplines to be extended, skills in working in various software environments to be improved. The results of the dissertation research can be used in teaching informatics disciplines in the process of training physics teachers to be.