Методична система навчання математичних методів фізики у педагогічних університетах

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук зі спеціальностей 13.00.04 – теорія і методика професійної освіти, 13.00.02 – теорія та методика навчання (фізика). – Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова МОН України. – Київ, 2016. У дисертації здійснено науковий аналіз проблеми професійної підготовки майбутніх учителів і викладачів фізики. Теоретично обґрунтовано, розроблено та реалізовано методичну систему навчання математичних методів фізики в педагогічних університетах. Теоретико-методологічною основою методичної системи визначено інтегрований підхід, який поєднує: фундаменталізацію; міждисциплінарний підхід; теоретичний, прикладний, професійно зорієнтований контексти; предметно-інформаційний та інформаційно-комунікаційний складники інформаційного підходу; компетентнісний підхід. Методична система забезпечує формування і розвиток у майбутніх учителів і викладачів фізики математичної компетентності з фізики – готовності і здатності студента застосовувати у навчальній і професійній діяльності методи математичного моделювання фізичних систем, явищ і процесів у фізичній системі в межах існуючих теоретичних схем. Результати впровадження підтвердили статистичну достовірність упливу розробленої методичної системи на формування в студентів математичної компетентності з фізики в процесі навчання математичних методів фізики, на рівень сформованості її складників: когнітивно-діяльнісного, мотиваційного, ціннісно-рефлексивного, емоційно-вольового. У компонентному розрізі найсуттєвіші зміни виявлено в діяльнісному та когнітивному складниках, найменшого впливу зазнали особистісні складники, що вимагає детального вивчення причин такого результату в подальших дослідженнях.

The dissertation for the degree of Doctor of Pedagogical sciences on speciality 13.00.04 – Theory and Methods of Professional Education; 13.00.02 – Theory and Methods of Teaching (Physics) – National Pedagogical Dragomanov University, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2016. The thesis carries out scientific analysis of future school and higher educational establishment teachers on Physics training. Physical and mathematical training of future teachers on Physics is determined to be the part of their training at the Pedagogical University, which forms individual and professional qualities that are important for future specialist, readiness for specific type of professional activity. Each of the disciplines of future teachers on Physics professional training: "Mathematical Methods in Physics", "Theoretical Physics", "Physics of Solids" etc., affects the formation and development of future specialists’ professional competence. It is proved that the formation and development of mathematical competence of future teachers on Physics in teaching Mathematical Methods in Physics and Theoretical Physics – is a multi process based on fundamentalization, interdisciplinary integration, context, informational and the basic competency approaches all together provide specialists’ readiness and ability to solve educational and subsequently professional tasks. The concept of mathematical competence in Physics, forming and developing in the process of stugying Mathematical Methods in Physics and Theoretical Physics as an integrated dynamic characteristics of the student’s personal qualities, describing his readiness and ability to apply the academic and professional methods of mathematical modeling of physical systems, phenomenon or process in the physical system in terms of laws or principles of physics in the set theoretical framework. A four-level structural and functional model of future teachers on Physics mathematical competence on Physics formation and development in teaching Mathematical Methods in Physics and Theoretical Physics according to the stages of scientific research is developed: the first level provided for selection of the object and purpose of the study and proved choice of theoretical and methodological formation and development of mathematical competence in Physics; second level – the conceptualization, development and implementation of methodical system, taking into account pedagogical, organizational and methodological conditions for its functioning; third level – working out targeted, semantic, procedural and methodological components of effective systems through diagnostics, goal-setting, planning, structuring, expectations; fourth level – designing of criteria and indexes and levels of formation and development of mathematical competence in Physics. The methodical system of teaching mathematical methods in Physics at pedagogical universities, which is based on an integrated approach that provides comprehensive application: fundamentalization, multidisciplinary, contextual (theoretical, applied, professionally oriented), informational (subject-information, information and communication contexts) and competence approaches is developed. It was found out that systematizing methodological component of the system is a target that provides correlation of objectives and learning outcomes of mathematical methods in Physics as to the mathematical competence in Physics formation and development. Theoretically proved the possibility of using comparative-matching approach to purposeful formation of mathematical competence in Physics, providing isolation of integrative component (physical law or principle – the mathematical correlation or equation), comparing it with the content of teaching Mathematical Methods in Physics and Theoretical Physics and coordination with the procedural basis for learning theoretical Physics in the structure of students’ teaching and studuing. Methodical techniques for the development of students’ creative abilities in the study process of Theoretical Physics in terms of "cyclical principle" are imroved; content, structure and methods of organizing and conducting classes on discipline "Mathematical Methods in Physics", oriented towards the formation of mathematical competence in Physics structure of defined components: cognitive (knowledge of professional scientific discipline – Mathematical Physics), activity (ability in the course of Mathematical Physics to solve educational problems, sums, situations), personal (motivation, value-reflexive, emotional and volitional personal qualities, etc.). Methodical approaches to teaching Mathematical Methods in Physics are proved, providing practical guidance on the implementation of the educational process on context and information approaches realizaton, including the involvement of educational physical experiment, mathematical information sets etc.; it is introduced in the educational process the methodological sets for studying selected questions on Theoretical Physics in terms of various theoretical schemes. The results of the implementation confirmed statistical reliability of the methodical system impact on the mathematical competence of students studying physics in learning mathematical physics formation on the level of all its components formation: cognitive-activity, personal. In terms of the component the most essential changes of activity and cognitive components, the slightest impact suffered personal component of mathematical competence in Physics, which requires detailed study of the reasons for this result in further studies.

Диссертация на соискание ученой степени доктора педагогических наук по специальностям: 13.00.04 – теория и методика профессионального обучения; 13.00.02 – теория и методика обучения (физика). – Национальный педагогический университет имени М. П. Драгоманова. – Киев, 2016. В диссертации осуществлен системный анализ проблемы профессиональной подготовки будущих учителей и преподавателей физики. Теоретически обоснована, разработана и реализована методическая система обучения математическим методам физики в педагогических университетах. Теоретико-методологической основой методической системы является интегрированный подход, который предполагает комплексное использование: фундаментализации; междисциплинарного; контекстного и компетентностного подходов. Методическая система обеспечивает формирование математической компетентности по физике – готовность и способность студента применять в учебной и профессиональной деятельности методы математического моделирования физических систем, явлений и процессов в физической системе с точки зрения теоретических схем. Результаты внедрения подтвердили статистическую достоверность влияния методической системы на формирование у студентов математической компетентности по физике на уровне сформированности когнитивно- деятельностного, мотивационного, ценносно-рефлексивного, эмоционально- волевого компонентов. Анализ эмпирических и критических значений G- критерия знаков подтверждает положительную динамику в когнитивном и деятельностном составляющих, изменения в личностных незначительны, что требует выяснения такого результата в последующих исследованиях.