Разрабатывая црограмму неуклонного подъема материального и культурного уровня жизни советского народа и всестороннего гармонического развития личности советского человека, коммунистическая партия Советского Союза ставит большие задачи перед педагогической наукой по совершенствованию учебного процесса и всей системы народного образования. Все эти задачи сформулированы в решениях Пленумов ЦК КПСС, в «Основных направлениях реформы общеобразовательной и црофессиональной школы» .
Как указывается в этих документах, в ходе реформы школы предстоит повысить качество общеобразовательной, црофессиональной и трудовой подготовки учащихся. Педагоги должны строить учебный процесс с более широкой опорой на активные формы и методы обучения, шире использовать технические средства обучения в цроцессе преподавания.
В современную эпоху бурного развития науки и техники важную роль в решении поставленных партией задач по совершенствованию процесса обучения и воспитания, играет физическое образование, поскольку физика является теоретической основой научно-технического прогресса. Усвоение учащимися основ согре-менной науки есть непременное условие формирования человека коммунистического общества.
Совершенствование физического образования невозможно без совершенствования учебного эксперимента. Учебный физический эксперимент составляет органическую часть учебного процесса, поскольку он имеет важное значение как неотъемлемый элемент цроцесса познания.
На основе учебного физического эксперимента учащиеся знакомятся с физическими явлениями, связями между ними, с различными методами исследований, применяемыми в физике, приобретают умения и навыки в обращении с измерительной и другой аппаратурой.
На основе учебного физического эксперимента учащиеся практически убеждаются в справедливости изученных ранее теоретических выводов, законов и их применений. Это создает необходимую уверенность в приобретенных знаниях, способствует постепенному формированию научного мировоззрения и накоплению политехнических сведений.
В настоящее время утвердилось мнение, что учебный физический эксперимент должен не только показывать качественную сторону демонстрируемых явлений, но и раскрывать количественные зависимости между величинами, характеризующими изучаемое физическое явление. Проблеме совершенствования учебного физического эксперимента, именно с этих позиций, посвящены диссертационные исследования Ворочаева В. М., Гайдучка Г. М., Грин-баума М.И., Калакина Л. И., Клиха В. Ю., Матвеевой З. Н., Мулев-ского В.Б., Орлова П. П., Перкальскиса Б. Ш., Яковлева В. П. и др. [5.2 — 5.3 — 5.4 — 6.1 — 6.2 и др.]. В этих работах сформулированы психолого-педагогические требования к приборам, рекомендуемым для проведения опытов, разработан ряд новых приборов, предназначенных для использования в демонстрационном эксперименте и лабораторных работах. Все разработанные приборы позволяют измерять с определенной точностью физические величины и устанавливать существующие между ними функциональные зависимости. Это, в свою очередь, позволило значи.
— б тельно расширить iqpyr демонстрационных опытов и лабораторных работ практически по всем разделам школьного курса физики.
Анализ методической литературы показывает, что в настоящее Еремя существует большое количество приборов и на их основе учебных экспериментальных установок, в которых используются различные способы измерения физических величин. Надо отметить, что в последнее время методисты при разработке тех или иных опытов и учебных экспериментальных установок уделяют большое внимание прямым методам измерения, которые позволяют расширить щ) уг измеряемых величин и увеличить число демонстрационных опытов, повысить их качество и педагогическую ценность [4.2 — 4.3 — 4.5 — 4.6 — 4.10 — 4. II] и др.
Как известно, црямые методы измерений делятся на методы сравнения и методы непосредственной оценки [ 5.2. ]. Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что оценивается сама измеряемая величина. Измерение делается непосредственно, без дополнительных вычислений.
Одним из эффективных методов црямых измерений, используемых в учебном физическом эксперименте, является метод электрических измерений неэлектрических величин. Анализ работ [4.2 — 4.6 — 4. II- 5.4 — 5.6 и дрД показал, что соответствующие экспериментальные установки состоят из датчиков-ггреобразова-телей неэлектрических величин в электрические сигналы, электрических измерительных приборов и вспомогательных устройств (усилителей или соединений, R. и d-элементов, обеспечивающих проведение некоторых математических операций). В качестве измерительных цриборов используются электрические измерительные приборы с магнитоэлектрической измерительной системой, шкалы которых проградуированы в единицах измерения определяемых физических величин.
Однако, вспомогательные устройства в виде LRили RC-цепей, способные, как известно, выполнять операции дифференцирования и интегрирования электрических величин, обладают рядом существенных недостатков и один из них — большие погрешности при цроведении этих операций и, как следствие, большие погрешности в измерении физических величин, характеризующих изучаемое явление [3.2 — 3.4 — 3.24 — 3.48].
Необходимость более широкого внедрения в практику преподавания метода црямых измерений и несовершенство предложенных установок делает актуальным дальнейший поиск путей совершенствования учебного физического эксперимента.
В настоящее время в промышленности широко используются электронные устройства способные проводить различные математические операции над электрическими величинами. Такие устройства нашли свое применение в аналоговой вычислительной технике [3.4 — 5.53 — 3.59]. Они способны цроводить операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень, дифференцирования, интегрирования, а также восцроизводить различные функциональные зависимости между электрическими величинами с большой точностью. Современные вычислительные устройства, используемые в аналоговой вычислительной технике, строятся на основе интегральных операционных усилителей. Они надежны в работе, потребляют малое количество электроэнергии, компактны, могут быть изготовлены на занятиях технических кружков силами учащисхя.
Идея нашего исследования состоит в том, чтобы в учебный физический эксперимент, для цроведения более качественных прямых измерений различных физических величин, ввести элементы современной вычислительной техники. Применение в учебном эксперименте приборов, разработанных на основе использования современной вычислительной техники, и соответствующая методика" црименения этого учебного оборудования, позволят значительно повысить качество демонстрационных опытов и лабораторных работ, увеличить их число, практически, по всем разделам школьного курса физики, активизировать процесс обучения и цривес-ти его в соответствие с требованиями реформы школы.
Целью настоящего диссертационного исследования является исследование возможностей применения в учебном физическом эксперименте элементов вычислительной техники, разработка учебного оборудования по механике на основе использования электронных вычислительных устройств и разработка методики применения этого оборудования в учебном процессе.
В соответствии с целью исследования в диссертации поставлены следующие задачи:
— цровести анализ демонстрационного эксперимента по механике и определить перспективы его развития;
— разработать цриборы и учебное оборудование, позволяющие проводить црямые измерения механических величин непосредственно в цроцессе демонстрации опытов;
— разработать методику использования новых приборов и экспериментальных учебных установок в учебном эксперименте по механике.
Поставленные задачи потребовали:
— изучения литературы по теме исследования;
— изучения передового опыта работы учителей и цреподавате-лей педагогических институтов;
— проведения анкетирования, бесед и наблюдений за учебным цро-цессом в школах;
— разработки, расчета и изготовления цриборов, необходимых для цроведения педагогического эксперимента ;
— разработки методики их использования на уроках;
— проведения педагогического эксперимента;
— обсуждения результатов исследования среди широких 1фугов педагогической общественности.
Настоящее диссертационное исследование проводилось в несколько этапов. На первом этапе был цроведен теоретический анализ существующего учебного физического эксперимента по кинематике и динамике, демонстрационных установок, в основе работы которых лежит метод электрических измерений неэлектрических величин.
С целью выявления, наиболее подходящих для использования в учебном физическом эксперименте, проверялась работа различных датчиков-преобразователей и других вспомогательных устройств — демонстрационных установок по механике.
На втором этапе работы были усовершенствованы датчики-преобразователи реостатного и индукционного типов. Разработаны, сконструированы и изготовлены, применительно к учебному эксперименту, аналоговые вычислительные устройства (дифференциатор, интегратор, сумматор-вычитатель, квадратор и запоминающее устройство), предназначенные для использования в качестве вспомогательных устройств в учебных экспериментальных установках по механике. На этом же этапе разрабатывалась методика применения экспериментальных установок с вычислительными устройствами в учебном эксперименте по механике. Проводилась лабораторная проверка разработанного оборудования на занятиях по методике преподавания физики со студентами МГПИ им. В. И. Ленина, а такжеобсуждение разработанной методики и работы учебных экспериментальных установок с вычислительными устройствами в широком щзугу педагогической общественности: на научных конференциях в МГПИ им. В. И. Ленина, на семинарах физического факультета Ш1И им. В. И. Ленина, на конференциях учителей физики средних школ.
На третьем этапе проводилось внедрение разработанных учебных экспериментальных установок с вычислительными устройствами в учебный процесс. На этом этапе проверялась работа учебных экспериментальных установок с вычислительными устройствами в условиях средней общеобразовательной школы, уточнялась методика применения разработанного оборудования и техника проведения учебного эксперимента по механике на учебных установках с вычислительными устройствами.
Кромеэтого проводилась экспериментальная оценка созданного оборудования. В результате прибор для измерения скорости и ускорения внедряется в производство и внесен в список обязательного школьного оборудования. На индукционный датчик скорости этого прибора оформлено авторское свидетельство.
Научная новизна проведенного исследования заключается в том, что впервые обоснована необходимость применения в учебном физическом эксперименте приборов, сконструированных на основе современных электронных вычислительных устройств и показаны пути дальнейшего развития учебного эксперимента на основе внедрения этих устройств.
Практическая значимость проведенного исследования заключается в том, что:
— разработан, изготовлен и внедрен в учебный цроцесс комплект цриборов по механике для цроведения учебного эксперимента с использованием соЕременных вычислительных устройств ;
— разработана методика применения новых приборов в учебном процессе.
На защиту выносятся:
1. Обоснование необходимости использования в учебном цро-цессе цриборов, сконструированных на основе вычислительных электронных устройств.
2. Комплект цриборов по механике, сконструированный на основе вычислительных устройств.
3. Методика использования этих приборов в учебном физическом эксперименте.
В результате проведенного исследования были решены сле дующие задачи:
1. Проведен анализ демонстрационного эксперимента по кине матике и динамике, а именно:
а) исследована цроблемв современного состояния метода электри ческих измерений неэлектрических величин в учебном экспери менте по кинематике и динамике;
б) выявлены наиболее подходящие, для цроведения эксперимента по кинематике и динаьике, электрические датчики преобразо ватели механических величин в электрические сигналы;
в) обоснована необходимость применения устройств, обеспечиваю щих непосредственное измерение механических величин с высо кой точностью;
2. Разработан комплект приборов и конструкции учебных ус тановок с вычислительными устройствами для проведения учебного эксперимента по кинематике и динамике, то есть:
а) разработан и изготовлен комплект вычислительных устройств, позволяющих проводить измерение механических величин в цро цессе цроведения учебного эксперимента по кинематике и динамике ;
б) разработана конструкция учебных экспериментальных устано вок с вычислительными устройствами, цредназначенных для цроведения экспериментов по кинематике и динамике.3. Разработана методика использования новых цриборов и экспериментальных установок в учебном эксперименте по кине матике и динамике, а именно:
а) предложена методика использования датчиков-преобразователей и вычислительных устройств для цроведения демонстрационных опытов и решения экспериментальных задач по кинематике и динамике;
б) представлено более тридцати цримеров демонстрационных опытов и экспериментальных задач по кинематике и динамике ;
в) цредложены методы ознакомления учащихся с принципом работы учебных установок с вычислительными устройствами.4. Оцределены дальнейшие перспективы использования вычис лительных устройств в учебном физическом эксперименте по обще му курсу физики средней школы.5. Учебная экспериментальная установка с индукционным дат чиком конструкции автора, предназначенная для совместной рабо ты с вычислительными устройствами при проведении учебного экс перимента по кинематике и динамике, внедрена в цроизводство и включена в обязательный перечень оборудования физического ка бинета .6. Проведен педагогический эксперимент, результаты кото рого позволили сделать следующий вывод! внедрение в практику демонстрационного эксперимента по механике методов прямых из мерений, с использованием вычислительных электронных устройств^ в настоящее время является перспективным, поскольку:
а) позволяет наиболее полно удовлетворить педагогические требо вания к демонстрационному эксперименту по кинематике и дина мике ;
б) отражает современные тенденции развития физической науки ;
в) позволяет углубить представления учащихся о научных методах исследования физических явлений;
г) расширяет политехнический кругозор учащихся;
д) активизирует и интенсифицирует процесс обучения. •15 г Апробация работы: научные положения, выводы и рекоменда ции, сформулированные в диссертации докладывались и об? гуждались: • на Ленинских чтениях в МГПИ имени В. И. Ленина (1965 г.) — • на ШК цри кафедре методики преподавания физики физического факультета МГПИ имени В. И. Ленина (1984 г.) — • на совещании учителей Можайского района Московской области (1984 г.) — • на совещании цреподавателей физики СГПУ г. Москвы (1985 г.) — • на совещании зрителей физики г. Таллин (1984 г.) — • на научных семинарах кафедры методики преподавания физики физического факультета МГПИ имени В. И. Ленина.Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:
1. Павлюков В. К. Использование дифференцирующих и умножающих устройств в учебном физическом эксперименте. — В сб. Мето дика цреподавания физики в средней школе. (Методические.
рекомендации) — М., МГПИ им. В. И. Ленина, 1983,.
2. Павлюков В. К. Использование датчика на герконе при изуче нии законов кинематики и динамики. (Методические рекомен дации). — В сб. Методика преподавания физики в средней школе. -М., МГПИ им. В. И. Ленина, 1983.3. Павлюков В. К. Демонстрационная установка по кинематике и динамике с вычислительными устройствами и работе с ней цри изучении механики в курсе физики средней школы. (Ме тодическое пособие). — М.: МГПИ им. В. И. Ленина, 1985,.
