УДК001

Педагогические науки/ 5.Современные методы преподавания

К.ф.-м.н. Кормилицына Т.В.

Мордовский государственный педагогический институт, Россия

Проблемы организации исследовательской

деятельности студентов

Проект «Исследовательская лаборатория Физические процессы и математическое моделирование» является одним из проектов в рамках реализации Программы развития деятельности студенческих объединений педагогического института и структурной единицей организации учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентов на физико-математическом факультете.

Целью Программы развития является совершенствование системы студенческого самоуправления, направленной на формирование профессионально-компетентностной и всесторонне развитой творческой личности студента с активной жизненной позицией; создание условий, способствующих самореализации студента в творческой, научной и профессиональной сферах, и решению вопросов в различных областях студенческой жизни.

Организация работы в лаборатории предусматривает проведение и разработку проблемной темы индивидуальных и коллективных научных исследований студентов под контролем научных руководителей и консультантов.

Основные цели организации лаборатории:

- привлечение студентов к активной научно-исследовательской работе;

- повышение уровня образовательной подготовки студентов;

- создание студенческой экспериментальной исследовательской платформы на базе лабораторий кафедры физики и методики обучения физике и кафедры математики.

Основные задачи:

- формирование системы научных взглядов студентов;

- проведение поисковых научно-исследовательских работ в лабораториях факультета;

- использование лабораторий факультета для осуществления методической поддержки организации и проведения исследовательских работ учащихся общеобразовательных учебных заведений;

- апробация результатов исследований на экспериментальных площадках;

- организация кружковой и исследовательской работы с учащимися общеобразовательных учебных заведений;

- участие в научных и научно-практических семинарах, конференциях, круглых столах, олимпиадах, конкурсах и других мероприятиях различного уровня;

- подготовка тезисов, статей, материалов студенческих исследований по итогам работы лаборатории к публикации в сборниках научных работ;

- внедрение средств цифровой регистрации информации, получаемой при экспериментальных исследованиях и алгоритмов ее последующей обработки;

- развитие инициативы студентов в научно-исследовательском творчестве;

- привлечение к конкретной научной работе наиболее способных студентов, развитие их научного потенциала с целью формирования мотивации к дальнейшему обучению в системе послевузовского образования (аспирантура и соискательство);

- организация обсуждения актуальных проблем по избранной тематике научных исследований в рамках проблемных семинаров, выступлений с докладами и сообщениями на внутривузовских и межвузовских научных конференциях.

В качестве методов реализации мероприятия укажем следующие:

- проведение поисковых научно-исследовательских работ в лабораториях факультета;

- апробация результатов исследований на экспериментальных площадках;

- организация кружковой и исследовательской работы с учащимися общеобразовательных учебных заведений;

- публикация результатов научных исследований.

Созданию лаборатории предшествовала соответствующая деятельность: проведена запись студентов, желающих заниматься моделированием и проведено вводное занятие группы. После занятия сформировано основное подразделение лаборатории – учебно-исследовательская группа студентов.

В целях изучение проблемы использования специального программного обеспечения в исследованиях студентов было проведено анкетирование студентов, которое выявило достаточный интерес к проблеме и стремление студентов применять специализированные программные средства для моделирования в исследовательской работе.

Мероприятие «Мастер-класс «Организация вычислительных экспериментов в программном обеспечении» организовано силами участников исследовательской лаборатории – студентами 2 курса специальности «Физика» с дополнительной специальностью «Информатика» и студентами 4 курса специальности «Информатика» с дополнительной специальностью «Математика». При проведении мастер-класса «Организация вычислительных экспериментов в программном обеспечении» решались различные задачи: популяризация специальных программных сред для научной работы студентов, демонстрация возможностей таких программ, выполнение участниками мероприятия практических задач и как следствие – вовлечение в научно-исследовательскую работу студентов физико-математического факультета. В дальнейшем предполагается проведение подобных мероприятий для студентов других факультетов.

Презентация исследовательских работ «Моделирование в системах символьной математики» позволила выявить наиболее активных участников исследовательской лаборатории и способствовала обмену опытом по организации и проведению вычислительных экспериментов.

В целях привлечения абитуриентов и модернизации профориентационной работы студенты – члены исследовательской лаборатории в рамках прохождения педагогической практики организовали экскурсию в лабораторию нанотехнологий. В целях развития и функционирования лаборатории продолжается работа по созданию и сопровождению сайта лаборатории.

Следует особо обсудить программное обеспечение, используемое в исследовательской работе студентов.

Scilab – пакет прикладных математических программ, предоставляющий мощное открытое окружение для инженерных (технических) и научных расчетов. С 1994 года распространяется вместе с исходным кодом через Интернет. В 2003 году для поддержки Scilab был создан консорциум ScilabConsortium. Сейчас в него входят 25 участников, в том числе Mandriva, INRIAиENPC (Франция). В системе доступно множество инструментов:2D и 3D графики, анимация, линейная алгебра, разреженные матрицы (sparsematrices), полиномиальные и рациональные функции, интерполяция, аппроксимация, симуляция: решение дифференциальных уравнений.

Scilab позволяет работать с элементарными и большим числом специальных функций (Бесселя, Неймана, интегральные функции); имеет мощные средства работы с матрицами, полиномами; возможность производить численные вычисления (например, численное интегрирование) и решение задач линейной алгебры, оптимизации и симуляции; мощные статистические функции; а также средство для построения графиков и работы с ними.

Для численных расчетов используются библиотеки Apack, LINPACK, ODEPACK, Atlasи другие.

В состав пакета также входит Scicos – инструмент для редактирования блочных диаграмм и симуляции (аналог Simulink в пакете MATLAB). Имеется возможность совместной работы Scilab с программой LabVIEW.

Система представляет обширные возможности для имитационного моделирования и проведения виртуальных экспериментов [1, 2].

В качестве примера эксперимента рассмотрим движение шарика по вогнутой поверхности, математическую модель этого процесса изучает неголономная механика.

Данная математическая модель может быть реализована в различных программных средах, особенно эффектно ее можно выполнить в системе Scilab [3; 4]. Система имеет обширный банк встроенных алгоритмов для имитационного моделирования.

Участники исследовательской группы рассмотрели имитационные модели движения материальной точки по сферической и цилиндрической поверхностям, приведенные в качестве примера в разделе «Моделирование» системы Scilab, в пункте «Имитация движений» («Flowsimulation», «Cylinder», «Sphere») рассматриваемой системы, и провели имитационные эксперименты для критических значений параметров.

Пользуясь возможностью настройки параметров имитационного эксперимента, студенты исследовали критические ситуации с особыми значениями параметров. Проведение имитационного эксперимента для исследования механических систем в системе Scilab представляет для исследователя большие возможности и позволяет исследовать поведение систем для заданных параметрах, что в натурном эксперименте не всегда возможно.

Итогом работы студентов в лаборатории являются:

- выступление с научным докладом или сообщением, представленное на факультетскую, внутривузовскую, межвузовскую конференции;

- материалы научного исследования в форме тезисов, статей, материалов, представленных к публикации или участию в конкурсе научно-исследовательских и творческих работ молодежи.

Литература:

1. Кормилицына, Т. В. Методы имитационного моделирования в специализированных математических системах / Т. В. Кормилицына // Некоторые актуальные проблемы современной математики и математического образования. Герценовские чтения : материалы науч. конф., 11–16 апр. 2011. – Спб. :ПаркКом, 2011. – С. 185–187.

2. Кормилицына, Т. В. Построение компьютерных моделей для учебных экспериментов / Т. В. Кормилицына // Учебный эксперимент в образовании. – 2011. – № 2. – С. 44–49.

3. Кормилицына, Т. В. Виртуальные эксперименты в специализированных математических системах / Т. В. Кормилицына // Учебный эксперимент в образовании. – 2011. – № 2. – С. 33–40.

4. Кормилицына, Т. В. Сравнительный анализ результатов вычислительного эксперимента в различных программных средах / Т. В. Кормилицына // Учебный эксперимент в образовании. – 2012. – № 1. – С. 41–47.