Педагогические науки / 2.Проблемы подготовки специалистов

К.п.н. Таранов М.С.

Курганский государственный университет, Россия

Концептуальные основы применения компьютерного эксперимента для формирования исследовательской

культуры будущего учителя физики

Современный физический эксперимент предусматривает применение компьютерных систем сбора, обработки и визуализации результатов физических измерений (Nova, Lab View, Micro Lab), позволяющих совмещать этапы измерения, сохранения и количественного анализа наборов данных. Обладая несомненной эвристической ценностью как мощное средство формирования исследовательских навыков будущих учителей физики, компьютерный эксперимент (КЭ) до сих пор недостаточно представлен в программе подготовки учителей с высокой исследовательской культурой, предусматриваемой образовательным стандартом ГОС 2010 России и стран ЕС.

Для решения проблемы эффективного применения КЭ как средства формирования исследовательской культуры, по мнению автора, необходимо решение ряда дедуцируемых задач: 1) определение аксиологических, познавательных и рефлексивно-диагностических целей применения КЭ в процессе подготовки учителя физики; 2) построение педагогической концепции компьютеризации подготовки учителя физики и системно-технологической модели её практической реализации в вузе, в педагогической деятельности учителя в школе; 3) создание системы учебно-методических комплексов компьютерного моделирования для решения нестандартных творческих физических задач, проблем в различных образовательных условиях: в процессе базовой подготовки учителя физики; в процессе его профессиональной деятельности в школе; саморазвития педагога; построения им адаптированных курсов обучения школьников физике; 4) разработка диагностических средств, критериев и методик оценки эффективности КЭ в сравнении с традиционными методиками учения.

Для решения первой, наиболее общей, аксиологической проблемы, автор предлагает расширить традиционное понимание познавательной деятельности как деятельности, направленной исключительно на приобретение научных знаний, умений их применения и самостоятельного приобретения (обобщённых умений, А.В. Усова, В.Г. Разумовский). Источником познавательного отношения является априорное ценностно-познавательное отношение (И.Кант, Г.В.Ф. Гегель), диалектика которого снимает противоречие между потенциальной атрибутивной ценностью знания для субъекта и неопределённостью форм и методов его получения. Иными словами, познающий субъект а priori не в состоянии оценить когнитивный смысл (денотат) результата собственной познавательной деятельности, поскольку культура мышления, как считает автор, является формой не целесообразной, а менее структурированной, ценностносообразно, актуализируемой деятельности. Следовательно, традиционные методики трансляции знаний непригодны для её формирования на уровне саморазвития, т.е. исследовательской культуры (ИК), так как включают аксиологичес-кие конструкты (интерес, установку и мотивацию) в структуру данной деятельности. Традиционная концепция может быть описана как атрибутивная модель познания, основным положением которой является признание априорной установки субъекта (неявное знание согласно В.А. Лекторскому) на безусловную ценность знания. Однако постепенное внедрение КЭ в последние тридцать лет в практику университетского обучения физике выявило низкую и среднюю степень понимания студентами сущности и ценности физического моделирования и описания природы на основе вычислительных методов КЭ. Эмпирический уровень физического мышления, обладающий атрибутивной ценностью, в силу его верифицируемости, фальсифицируемости (К.Поппер) и доступности понятийного дискурса, остаётся базовым уровнем педагогической культуры, преодолеть который удаётся ~5% студентов. Между тем, сетевая информационная культура качественно изменяет требования к учителю, нивелируя его достоинства как транслятора знаний и, напротив, требуя максимально творческое саморазвития, переноса обучения в форму учебного исследования.

Особенно чётко ситуация изменения форм, целей и методов обучения прослеживается на примере физики, обладающей мощным эмпирическим базисом и методологическим значением для всей науки. Если ранее изучение физики в педагогическом университете ограничивалось традиционными разделами классической и статистической механик, теории поля, квантовой механики и её приложений в различных средах, то сейчас необходимо обобщение физических систем на новом уровне – линейности и нелинейности систем и процессов. Нелинейная физика существенно расширяет наши знания о природе, являясь следующим шагом за грань «причинно-следственных отношений» в локальной окрестности физического события, но требует более сложного математического аппарата интегро-дифференциальных уравнений, теории грубых систем, их устойчивости, на изучение которых в педагогическом вузе до сих пор по различным причинам не выделяется время. Разумеется, подготовка студента-физика педагогического вуза специализирована психолого-педагогической и методической направленностью его будущей деятельности, но эффективное формирование когнитивного компонента ИК учителя физики вне изучения средствами КЭ наиболее интересного и бурно развивающегося раздела физики нелинейных процессов невозможно.

Автор предлагает минимальный объём курса «Основы вычислительной физики», содержательным полем которого является именно физика нелинейных процессов: Раздел 1. Основы теории турбулентности; автоволновые процессы и солитоны в газовых и жидких средах (модель автоволнового процесса в среде с кубической дисперсией – u(k)=L∙k∙k∙k+Z, приводящая к «прозрачности» сред для интерференции солитонов; построение количественной картины их дифракции, выявление отсутствия диссипации энергии); компьютерное моделирование диссипативных структур (в частности, Т-слоёв (И.Пригожин, С.П. Курдюмов)); фракталы и дробная размерность низкоразмерных структур в физике твёрдого тела; нелинейная диффузия в процессах горения и массопереноса; теория одномерных отображений Фейгенбаума и её физическая интерпретация. Раздел 2. Компьютерное моделирование нелинейных сред и систем (по задачам раздела 1). Для формирования устойчивых исследовательских умений (ценностносообразных действий), позволяющих обучающимся самостоятельно формировать цели, средства и методы решения физических задач, необходимо обеспечить эффективное воспроизведение студентами умений анализа графических данных (вида решений и их зависимости от начальных данных: например, при изучении солитонов в слабо диспергирующих средах возможно из энергетических соображений установить зависимость скорости волны от амплитуды (v~A)). Именно такие умения позволяют перейти к уровню исследовательских задач и процессу саморазвития личности педагога. Студенты должны уметь указывать источник и количественные границы нелинейности: является ли она следствием математической модели, или соответствует физической сущности данного явления независимо от математики.

Для этой цели необходимо последовательное и детальное сопоставление элементов физической системы, которые по-разному проявляют себя в той или иной среде и, соответственно, требуют различного модельного описания.

Кроме того, изучение нелинейных процессов методами КЭ запускает механизм познавательного синергизма: структура познавательного цикла (В.Г. Разумовский) постепенно адаптируется усилиями субъектов образовательного процесса.

Таким образом, кратко изложенные концептуальные основы реализации КЭ в процессе подготовки будущих учителей физики, обладающих исследовательскими умениями корректного (в физико-математическом аспекте) выбора, постановки и решения физических проблем, актуализируют дальнейшие исследования данной комплексной междисциплинарной научно-методической проблемы. От успешности и скорости её практического разрешения напрямую зависит качество молодых учителей физики в странах Болонской конвенции открытого модульного образования.

Литература

1. Шилов Д.В., Элементарное введение в нелинейную физику / Шилов, – М., ГИФМЛ, 2001, – 343 с.