СОДЕРЖАНИЕ

На правах рукописи




ДОДОНОВ МИХАИЛ ВИТАЛЬЕВИЧ




ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ КВАНТОВОЙ
МЕХАНИКЕ СТУДЕНТОВ ПЕДВУЗОВ НА ОСНОВЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМИТАЦИОННО-МОДЕЛИРУЮЩЕГО
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ




13.00.02 - теория и методика обучения физике




АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук




Санкт-Петербург 2000
Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского го-
сударственного педагогического университета им. А. И. Герцена

заслуженный деятель науки РФ,
Научный руководитель
член-корреспондент РАО,
доктор педагогических наук,
профессор В. В. Лаптев
Официальные оппоненты: член-кореспондет РАО, доктор
педагогических наук, профессор А. П.
Трнпицына

кандидат технических наук, А. О. Фадеев


Ведущая организация: НИИ общего образования взрослых РАО



аседании
.30.
Защша состоится 17 февраля
диссертационного совета Д 113.05.09 по присуждению ученой степени доктора наук
при Российском государственном педагогическом университете им. А. И. Герцена по
адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки д. 48, корп.1, ауд. 209.



С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке РГПУ имени А.
И. Герцена.



2000 г.
Автореферат разослан 17 января




Ученый секретарь Диссертационного
И. В. Симонова
Совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Характер развития современного общества, происходящие в нем глобальные
социально-экономические и научно-технические процессы, активизируют
применение инновационных подходов к процессу обучения, гармонично до-
полняющие традиционные В последние годы интерес к данной проблеме приобрел
особую значимость, что связано с информатизацией системы образования и, как
следствие, внедрением новых информационных технологий (НИТ) в учебный
процесс.
Квантовая механика является одним из важных разделов физики, занимающаяся
исследованием явлении и процессов в микромире, недоступный непосредственному
восприятию человека. Именно квантовая механика лежит в основе толкования
явлений и процессов, изучаемых в молекулярной, атомной и ядерной физике. В -лом
смысле важность изучения квантовой механики студентами педвузов не вызывает
никакого сомнения. Однако, изучение квантовой механики сопряжено с рядом
трудностей, а именно, использование сложного математического аппарата,
невозможность проведения эксперимента из-за низкой технической оснащенности
лабораторий многих факультетов педвузов, их несоответствие фебованиям
безопасности и др. Это затрудняет понимание абстрактно-логических понятий и
закономерностей, снижает возможности наглядности и тем самым приводит к
снижению качества знаний студентов.
В работах [Л И. Анциферова, Г. А. Бордовского, В. А. Извозчикова, А. С.
Кондратьева, В. В. Лаптева, А. Д. Ревунова, А. М. Слуцкого, А. С. Феофанова, М. Л.
Фокина и др.] показано, что внедрение НИТ в практику обучения физике и основам
квантовой механики в частности является одной из форм повышения эффективности,
а также, что переход от традиционной методики преподавания физики к обучению
физике с использованием средств НИТ техники неизбежен.
В последнее время разработан спектр педагогических программных средств (ППС),
предназначенных для изучения основ квантовой механики. Возможности
использования данного программного обеспечения в учебном процессе достаточно
широки, что позволяет не только активизировать и разнообразить различные виды
деятельности студентов, но и рассматривать качественно новые учебные задачи,
решение которых необходимо для уяснения физического смысла изучаемых явлений.
В настоящий момент отсутствует методика использования имеющихся ППС в
учебном процессе педвуза при изучении основ квантовой механики, что затрудняет
работу как преподавателей, использующих эти ППС. так и разработчиков
программного обеспечения.
Кроме того, отметим, что на сегодня сохраняется противоречие между интенсивно
разрабатываемым новым программным обеспечением, и отсутствием
должного обоснования проблемы перехода от традиционном методики обучения
основам квантовой механики к методике обучения с применением НИТ.
Среди разработанных для изучения основ квантовой механики ППC наибольший
интерес представляет имитаиионно-моделируюшие программное обеспечение. Вместе
с тем, в методике преподавания физики остается нерешенным вопрос об
эффективности использования на практике потенциальных преимуществ работы
студентов с имитационно-моделирующим программным обеспечением в сравнении
как с традиционной методикой изложения основ квантовой механики, так и с
использованием других типов ППС (автоматизированные обучающие системы,
диагностические и тренировочные ППС и т.д.).
Все это приводит нас к утверждению, что исследование проблемы применения
имитационно-моделирующего программного обеспечения при обучении основам
квантовой механики представляется весьма
Объектом исследования является процесс обучения основам квантовой механики
студентов физических факультетов педвузов с использованием имитационно-
моделирующего программного обеспечения.
Предметом исследования является методика использования имитационно-
моделирующего программного обеспечения как средства повышения эффективности
обучения основам квантовой механики.
Целью диссертационного исследования явилась обоснование и разработка методики
применения имитационно-моделирующего программного обеспечения для
повышения эффективности обучения квантовой механике.
Методологическую основу составили :
- концепция системного подхода к анализу проблемы оптимизации
педагоги
ческого процесса;
- концепция информатизации системы физического образования;
- достижения и тенденции развития теории и методики обучения физике.
Исследование опирается на работы известных ученых в области теоретической и
общей физики, а также на частные методики обучения различным дисциплинам с
использованием НИТ.
Гипотеза исследования: повышение эффективности обучения основам квантовой
механики может быть обеспечено использованием имитационно-моделирующего
программного обеспечения.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи
исследования:
1. Проанализировать и исследовать пути повышения эффективности обу
чения на основе использования средств НИТ.
2. Обосновать выбранную систему критериев оценки эффективности обу
чения квантовой механике.
3. Проанализировать разработанное сертифицированное программное
обеспечение с позиций методической целесообразности его примене
ния при изучении квантовой механики.
4. Определить место использования имитационно-моделирующего про-
граммного обеспечения в процессе обучении основам квантовой меха
ники.
5. Разработав авторские методики использования имитационно-
моделирующего программного обеспечения в процессе обучения осно
вам квантовой механики.
6. Экспериментально доказать повышение эффективности обучения кван
товой механике при внедрении разработанных авторских методик в
процесс обучения квантовой механике в педвузах.
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:
- анализ психолого-педагогической, философской, физической и методической
литературы;
- наблюдение учебного процесса преподавания квантовой механики в
педвузах;
- педагогический эксперимент с целью выявления эффективности разра
ботанной авторской методики;
- методы математической статистики для обработки результатов
педаго
гического эксперимента.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены:
- опорой основных положений и научных выводов на достижения
педа
гогики, психологии, физики, теории и методики обучения физике и ин
форматике;
- адекватностью используемых методов целям и задачам
исследования;
- корректным проведением экспериментального исследования, примене
нием объективных научно обоснованных качественных и количест
венных критериев оценки эффективности обучения;
- рациональным сочетанием теоретических и экспериментальных мето
дов исследования;
- применением методов математической статистики.
Научная новизна и теоретическое значение работы состоят в следующем:
- определены возможности имитационно-моделирующего
программного
обеспечения, адекватные специфике раздела квантовой механики;
- выявлены пути применения имитационно-моделирующего программ
ного обеспечения в обучении квантовой механике в педвузах;
- разработана новая методика обучения квантовой механике на основе
использования имитационно-моделирующего программного обеспече
ния, способствующая повышению эффективности обучения;
- сформулированы методические и технические требования для разра
ботчиков программного обеспечения по разделу квантовая механика.
Практическая значимость исследования заключается в разработке:
- методических рекомендаций для преподавателей по использованию
имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе
обучения квантовой механики;
- авторского имитационно-моделирующего программного обеспечения,
позволяющего на практике организовать процесс обучения основам
квантовой механики с привлечением средств НИТ и повысит его эф
фективность.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялось на базе
Магаданского Педагогического Университета. Основные положения и результаты
исследования обсуждались на кафедрах информатики, общей и теоретической физики
названного вуза (1994-1999 гг.), на зональном совещании преподавателей физики,
МПФ и общетехнических дисциплин педвузов Урала, Сибири и Дальнего Востока (г.
Барнаул, 1994 г.), на международной научно-практической конференции МПУ (г.
Магадан, 1994 г.). А также, основные результаты исследования докладывались на
кафедре теории и методики обучения физике Российского государственного
педагогического университета им. А. И. Герцена (1996-1999 гг.), на Герценовских
педагогических чтениях по проблемам методики преподавания физики (1996-1999
гг.), на международной конференции-выставке «Информационные технологии в
образовании» (г. Москва, 1995 г.), на региональной научно-методической
конференции «Современные проблемы физического образования» (г. Санкт-
Петербург, 1997 г.), на научно-практической межвузовской конференции
«Физическое образование в школе и вузе» (г. Санкт-Петербург, 1997 г.).
На защиту выносятся следующие положения:
1. В условиях всеобщей информатизации системы образования использо
вание имитационно-моделирующего программного обеспечения при
обучении основам квантовой механики позволит повысить его эффек
тивность.
2. Методика использования имитационно-моделирующего программного
обеспечения при изучении основ квантовой механики, которая предпо
лагает:

- использование имитационно-моделирующего программного обеспе
чения как рабочего инструмента для анализа физических систем, яв
лений и процессов, происходящих в микромире;
- применение имитационно-моделирующего программного обеспече
ния на занятиях всех типов: лекционных, семинарских, практиче
ских, лабораторных.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения,
библиографии и приложения. Общий объем текста 161 страница Работа
иллюстрирована графиками, таблицами и рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении определена научная проблема исследования, обоснована актуальность
исследования, выделены объект и предмет исследования, сформулированы цель,
гипотеза, задачи и методы исследования, показаны научная новизна работы, ее
теоретическая и практическая значимость, апробация результатов исследования и
приведены положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Современная вычислительная техника как средство повышения
эффективности обучения квантовой механике» на основе проведенного обзора
психолого-педагогической и методической литературы по теме исследования,
выделены методологические основы разработки авторской методики обучения
квантовой механике для студентов педвузов с использованием имшационно-
моделирующего программного обеспечения.
В первом параграфе рассматривается понятие эффективности обучения как
общенаучной категории, позволяющей установить значимость выполняемой
деятельности обучения посредством соотнесения текущих результатов с теми,
которые ожидаются. На основе методологического анализа определения этой
категории в дидактике, рассматриваются различные подходы к оценке эффективности
и выбору системы критериев оценки эффективности обучения.
В этом параграфе описываются количественные и качественные критерии
эффективности обучения, показывается их взаимосвязанность, рассматриваются пути
и методы их оценки, формулируются требования к выбранной системе критериев, а
также обосновывается целесообразность при проведении педагогического
эксперимента использования относительных критериев.
Во втором параграфе первой главы проанализированы возможности использования
современной вычислительной техники в учебном процессе. Анализируя
эффективность использования средств НИТ в процессе обучения, мы пришли к
выводу, что применение ППС в обучении дисциплинам естественнонаучного цикла
позволяет значительно повысить эффективность обучения. В частности, при изучении
физики, возможен пересмотр методик обучения некоторых фундаментальных
разделов на основе:
- численного решения уравнений, вызывающих у студентов трудности
при использовании традиционных методов решения;
- графических иллюстраций сложных зависимостей, представляемых,
обычно, в табличной или аналитической форме;
- существенного улучшения техники и методики лабораторного физического
эксперимента.
Анализ зарубежных и отечественных исследований, а также практики использования
НИТ в учебном процессе позволяет сделать вывод, что одной из основных причин
создания низкокачественных ППС является частичное, а порой и полное
игнорирование дидактических принципов обучения при их разработке.
Общим для большинства ППС", оказывающих невысокий обучающий и развивающий
эффект, являются методически не обоснованные цели и задачи разработанных ППС.
Большинство зарубежных и отечественных ученых-методистов подчеркивают тот
факт, что результаты обучения (формирование системы знаний, умений и навыков)
достигаются при использовании традиционной методики преподавания физики без
применения НИТО.
В третьем параграфе первой главы проанализированы возможности использования
программных средств различных типов в зависимости от целей и задач, которые
ставит преподаватель в ходе проведения занятий с привлечением средств НИТ.
Рассмотрен опыт использования при обучении физике ППС следующих типов:
- управляющие программы и автоматизированные обучающие системы,
- диагностические программы (гесты);
- тренировочные программы (тренажеры);
- справочные и информационно-поисковые базы данных;
- измеряющие и контролирующие программы;
- имитационные программы;

- экспертные системы (репетиторы);
- моделирующие программы;
- "микромиры" (виртуальная реальность);
- инструментальные программные средства;
- языки программирования.
В этом же параграфе определены место и роль имитационно моделирующего
программного обеспечения в методике обучения физике. Отличительной
особенностью моделирующих программ по отношению к имитационными
программам является возможность описания не только существующих объектов или
физических процессов, но и создание моделей, не встречающихся в природе,
основанных на закономерностях заданных исследователем. Однако имитационные и
моделирующие программы имеют много общего. Часто бывает сложно соотнести
рассматриваемую программу к тому или иному типу. Поэтому мы считаем
целесообразным использование понятия имитаци-онно-моделирующее программное
обеспечение.
Имитационно-моделирующее программное обеспечение позволяет:
- студенту самостоятельно исследовать заданную физическую
систему
путем свободного выбора значений определенных параметров и анали
за получаемых результатов;
- преподавателю освободить студента от создания математической
моде
ли и использования сложного математического аппарата, что значи
тельно экономит время на изучение учебного материала
Специфика изучения квантово-механических явлений и понятийного аппарата теории,
заключающаяся в минимальной наглядности учебного материала, несоответствии
теоретических концепций и выводов «соображениям здравого смысла», сложности и
непривычности математического аппарата теории и т.д., диктует нам необходимость
использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе
обучения основам квантовой механики.
При изучении квантовой механики имитационно-моделирующее программное
обеспечение позволяет:
- проводить физические эксперименты на экране компьютера, в тех ус
ловиях, когда делать это на реальном объекте практически невозможно
или нецелесообразно;
- оперировать абстрактными математическими конструкциями и пред
ставлять их в графической, наглядной форме;
- моделировать и демонстрировать динамику протекания сложных для
понимания студентов физических процессов, осуществляя при этом
диалог с пользователем.
Во второй главе исследования «Методика использования имитационно-
моделирующего программного обеспечения при обучении квантовой механике»
описывается авторская методика использования имитационно-моделирующего
программного обеспечения в процессе обучения квантовой механике студентов
педвузов, а именно, соответственно рассматриваются особенности использования
имитационно-моделирующих программ в курсе общей, теоретической физики, а
также возможности использования в спецкурсах, курсовых и дипломных работах.
В первом параграфе второй главы рассматриваются особенности использования
имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе обучения
квантовой механике.
Особенности использования имитационно-моделирующего программного
обеспечения в процессе обучения основам квантовой механики вытекают, прежде
всего, из своеобразия квантовой теории. Физические процессы и явления, изучаемые в
квантовой механике, не воздействуют непосредственно на наши органы чувств, такая
форма наглядности носит название опосредованно-конкретная. При изучении
большинства разделов физики, например, классической механики, молекулярной
физики и термодинамики, студенты имеют дело с непосредственно-конкретной
формой наглядности, когда исследуемые предметы и явления воздействуют
непосредственно на наши органы чувств.
При изучении физических процессов и явлений, которые не воздействуют на наши
органы чувств, большую роль играют модели рассматриваемых объек-
гов, заменяющие отсутствующие наглядные образы рассматриваемых процессов и
явлений. С учетом сложности используемого математического аппарата, реализация
моделей в квантовой механике целесообразна с использованием современной
вычислительной техники.
Анализ работ по исследуемой проблеме позволил нам выделить следующие причины
плохого усвоения студендами этого материала:
- минимальная наглядность;
- несоответствие теоретических концепций и выводов «соображениям
здравого смысла»;
- двойственный характер квантовой механики;
- абстрактный характер описания микроскопических объектов;
- сложность и непривычность математического аппарата теории;
- отсутствие возможностей экспериментальной демонстрации
квантово-
механических эффектов.
Проведенный анализ особенностей изучения квантовой механики позволяет сделать
вывод, что использование имитационно-моделирующего программного обеспечения
дает возможность облегчить понимание квантово-механической теории, а в
некоторых случаях обойти трудности изучения такого сложного раздела физики.
Во втором параграфе второй главы описывается методика использования
имитационно-моделирующего программного обеспечения в курсе общей физики. В
курсе общей физики, при изучении раздела «Элементы квантовой механики»,
студенты знакомятся с фундаментальными опытами, подтверждающими основные
положения данной теории. Большинство из этих опытов трудно или невозможно
осуществить в рамках учебного процесса педвузов. Имитаци-онно-моделирующие
программное обеспечение позволяет проводить большинство опытов даже с большей
эффективностью, чем натурные.
В процессе изучения этого раздела следует использовать готовое имита-ционно-
моделирующее программное обеспечение, так как желательно, чтобы оно было
разработано одним профессиональным коллективом и представляло собой единый
методический пакет. Это связано с тем, что математические модели физических
опытов по квантовой механике достагочно сложны для реализации их на компьютере
студентами самостоятельно, а также с необходимостью использования графических
возможностей персональных компьютеров для обеспечения максимальной
наглядности проведения физических экспери ментов, профессиональная реализация
которых студентами весьма ограничена.
Для минимизации времени, требуемого студентам для адаптации к новому
программному обеспечению, необходимо, чтобы во всех имитационно-
моделирующих программах, поддерживающих этот курс, использовались одинаковые
- знаковые символы для обозначения всех аналогичных элементов схемы физического
эксперимента (источник, приемник, гальванометр и др.);
- управляющие клавиши клавиатуры персонального компьютера для выполнения
подобных операций.
Проведенный анализ квантово-механических задач, традиционно изучаемых
студентами педвузов в курсе общей физики, позволил выделить ряд задач, решение
которых с использованием имитационно-моделирующих программ не целесообразно
с методической точки зрения, к таким задачам относятся: мысленный эксперимент по
дифракции электронов от одной и двух щелей, задача электрон в «ящике» и ряд
других задач.
В этом же параграфе содержание авторской методики раскрывается на примерах
проведения конкретных занятий. Например, при изучении фундаментальных
экспериментов, приведших к созданию квантовой теории, рассматривается
использование имитационно-моделирующих программ опытов Дэвиссона и
Джермера, опытов Томсона и Тар гаковского. При этом выделяются те опыты и
квантово-механические задачи, которые могут быть предложены студентам для
самостоятельной разработки имитационно-моделирующих программ, например,
движение свободной элементарной частицы, рассеяние квантовой частицы
прямоугольным потенциальным барьером, гармонический осциллятор и ряд других
задач.
Разработка такой имитационно-моделирующей программы может быть предложена
студентам в качестве курсовой работы, что будет увеличивать познавательную
активность к данному учебному материалу, а преподаватель может использовать
наиболее удачно разработанные программы в учебном процессе.
В третьем параграфе второй главы описана авторская методика использования
имтационно-моделирующего программного обеспечения в курсе теоретической
физики. Раздел «Квантовая механика» курса теоретической физики наиболее сложен
как с точки зрения его изучения, так и с точки зрения преподавания.
Основные понятия и положения квантовой механики не должны преподноситься в
готовом виде. Только в процессе их постепенного формирования и подробного
обсуждения с опорой на принцип соответствия и с постоянными ссылками на
эксперимент (реальный, мысленный и имитационный (компьютерный)) может быть
преодолен логический скачек между эмпирическим базисом и конструкцией теории.
Здесь очень полезными оказываются пропедевтические семинарские занятия, на
которых студенты самостоятельно или под ру-
ководсгвом преподавателя пытаются выявить логическую структуру квантовой
механики, используя проведение имитационно-моделирующих экспериментов на
компьютере. После проведения подобных занятий нам представляется целе-
сообразным преподносить лекционный материал в форме определений, постулатов,
теорем и следствий из них, но, разумеется, с подробными физическими
комментариями.
Из имеющегося имитационно-моделирующего программного обеспечения следует
отдать предпочтение открытым системам, позволяющим студентам не только изучить
реализацию алгоритма того или иного метода решения, но и внести свои коррективы в
программу. Это повышает познавательную активность студентов и способствует более
глубокому пониманию учебного материала. Учитывая важность устойчивости и
сходимости разработанного алгоритма решения квантово-механической задачи, нами
предлагается более широкое использование экспериментального метода оценки
устойчивости различных схем решения дифференциальных уравнений в частных
производных. Большим достоинством данного метода является то, что для его
применения не требуются громоздких математических вычислений и, соответственно
времени.
Для экспериментальной проверки устойчивости схемы студенты могут использовать
следующие методы:
1. Сравнение результатов численного расчета с уже имеющимися анали
тическими решениями;
2. Сопоставление результатов полученных решений при помощи разных
методов приближенных вычислений (в том числе при использовании
различных схем);
3. Применение различных сеток (например, сетки с разным количеством
узлов) с анализом полученных результатов;
4. Сравнение результатов решения с эталонным.
Учитывая все это, мы считаем необходимым, чтобы студенты при изучении квантовой
механики в курсе теоретической физики знакомились не только с математической
моделью рассматриваемых задач, но и имели доступ к разработанным алгоритмам.
Разработка алгоритма является одним из этапов решения задачи с использованием
численных методов. Используя листинг программы, студенты имеют возможность
вносить изменения в алгоритм решения. Так, например, имитационно-моделирующая
программа Gauss.exe в качестве краевых условий использует условия Дирихле:
волновая функция обращается в ноль на границах сеточной области. Студенты могут,
после внесения необходимых изменений в листинг программы, использовать условия
фон Неймана: первая производная волновой функции обращается в ноль на границах
сеточной области. При разработке подобных имитационно-моделирующих программ
большое значение имеет и выбранный язык программирования. Для самостоятельной
работы студентов открытые имитационно-моделирующие про-
граммы должны быть разработаны с использованием модульного или визуального
программирования. В качестве рекомендуемых языков программирования можно
назвать Turbo Pascal, Delphi, Visual Basic и др. Такой подход позволит разделить
модули программы, которые поддерживают интерфейс с пользователем, от модулей,
в которых реализован непосредственно алгоритм решения. В результате внимание
студентов будет привлечено к непосредственно рассматриваемому алгоритму, а не к
способам, посредством которых выводятся результаты на экран
Сравнение результатов расчета квантово-механических систем аналитическими и
численными методами полезно для студентов. Такой анализ демонстрирует
студентам перспективность использования численных методов при решении задач
квантовой механики. С использованием рассмотренных имитаци-онно-
моделирующих программ можно решать достаточно большое количество квантово-
механических задач.
В четвертом параграфе второй главы рассматриваются возможности использования
имитационно-моделирующего программного обеспечения в спецкурсах, курсовых и
дипломных работах. В связи с тем, что на рассмотрение многих вопросов не хватает
учебного времени, мы считаем целесообразным вынесение отдельных вопросов
вычислительной физики связанные с квантовой механикой на дополнительное
изучение.
Для студентов некоторые темы, связанные с данным учебным материалом, могут
быть интересными и полезными в познавательном плане. Например, можно
рассмотреть распространение гауссова пучка света в оптическом волноводе,
движение элементарных частиц в потенциалах различной формы, взаимодействие
микрочастиц с электромагнитным полем, рассеяние частиц в центрально-
симметричном поле и т.д.
В курсовых и дипломных работах студентов должно быть уделено внимание анализу
сходимости и устойчивости предлагаемого метода решения. Такие работы дают
представление о вычислительной физике и позволяют студентам проявить себя в
научно-исследовательской деятельности.
В третьей главе «Организация и результаты педагогического эксперимента»
описывается организация, структура, содержание и результаты проведенного
педагогического эксперимента, приводятся количественные оценки эффективности
представляемой методики.
Педагогический эксперимент проводился в течении 1996-1999 годов в Магаданском
Педагогическом Университете на физико-математическом факультете, отделения
физика-математика и физика-информатика.
В соответствии с основными идеями мы поставили задачи, решения которых должны
были подтвердить правильность предложенной гипотезы, а именно доказать, что
повышение эффективности обучения основам квантовой ме-
ханики студентов педвузов может быть обеспечено использованием имитационно-
моделирующего программного обеспечения.
Задачей всех этапов экспериментальной работы явилось выяснение целесообразности
использования имитационно-моделирующего программного обеспечения в процессе
обучения квантовой механике.
При оценке эффективности предложенной методики мы руководствовались
следующими критериями:
1. Проявление у студентов интереса к работе с имитационно-
моделирующим программным обеспечением.
2. Повышение качества полученных знаний студентов.
3. Умение студентов самостоятельно разрабатывать имитационно-
моделирующие программы по изученным разделам курса физики.
4. Участие студентов в спецкурсах, их работа над курсовыми и диплом
ными работами.
5. Интерес преподавателей к предлагаемой методике.
Полученные знания студентов проверялись на основе анализа ответов во время
текущих занятий, анализа результатов срезовых контрольных работ, в процессе
обобщающих семинаров, зачетных и экзаменационных занятий. В ходе эксперимента
было обнаружено качественное и количественное повышение характеристик качеств
знаний, показателей активности студентов и их познавательного интереса к
изучаемому учебному материалу.
Результаты экспериментального исследования были интерпретированы
соответствующими диаграммами. Их анализ убедительно показывает преимущества
разработанной авторской методики обучения квантовой механики студентов педвузов
с использованием имитационно-моделирующего программного обеспечения.
Обоснованность выводов экспериментального исследования подтверждается
длительностью эксперимента, его повторяемостью, сопоставлением данных,
полученных с помощью различных методов педагогического исследования,
статистическими методами обработки результатов педагогического эксперимента.
На основании полученных результатов проведенного экспериментального
исследования можно утверждать педагогическую целесообразность разработанной
авторской методики использования имитационно-моделирующего программного
обеспечения в процессе обучения квантовой механики студентов педагогических
вузов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Выполненное исследование имеет теоретико-экспериментальный характер, оно
направлено на разработку методики обучения основам квантовой механики студентов
педвузов с использованием имитационно-моделирующего
программного обеспечения На основе проведенного теоретического исследования и
экспериментальной проверки разработанной авторской методики можно сделать
следующие выводы:
1. Применение традиционной методики изучения основ квантовой меха
ники в педвузах имеет ряд недостатков, ряд из которых могут быть
устранены использованием имитационно-моделирующего программно
го обеспечения.
2. Внедрение в учебный процесс педвузов имитационно-моделирующего
программного обеспечения по квантовой механике активизирует по
знавательный интерес студентов, способствует более глубокому и
прочному усвоению учебного материала.
3. Использование в обучении квантовой механике в педвузах имитацион
но-моделирующего программного обеспечения дозволяет расширить
самостоятельную и исследовательскую деятельность студентов не
только на лекционных и практических занятиях, но и при работе над
курсовыми, дипломными работами.
4. Применение имитационно-моделирующего программного обеспечения
должно гармонично дополнять традиционные методы изложения учеб
ного материала.
5. Использование имитационно-моделирующего программного обеспе
чения при изучении основ квантовой механики должно обеспечиваться
дидактической целесообразностью и необходимостью формирования у
студентов навыков аналитического решения квантово-механических
задач.
6. Внедрение авторской методики в практику работы педвузов способст
вует повышению эффективности обучения квантовой механике.

Основное содержание исследования автора отражено в следующих работах:
1. Развитие творческих способностей студентов при решении физических
машиноориентированных задач. //Подготовка студентов к творческой
работе в школе: тезисы доклада XXVII зонального совещания препода
вателей физики, МПФ и общетехнических дисциплин педвузов Урала,
Сибири и Дальнего Востока. Барнаул, БГГ1И. 1994. (Соавтор: Малева-
ный Ю.В.)
2. Задачи по физике для компьютера. //Международный университет: Те
зисы доклада Международной научно-практической конференции
МПУ. Магадан, МПУ. 1994. (Соавтор: Малеваный Ю.В.)
3. Интегро-дифференциальный подход проведения лабораторно-
практических занятий в учебном процессе. //Информационные техно
логии в образовании. Тезисы доклада 4-й Международной конферен-
ции-выставки. Москва. Международная академия информатизации.
Министерство образования Российской Федерации. КНПП БИТ. 1995.
4. Использование средств ВТ при изучении темы «Квантовая механика» в
педагогических вузах. //Современные проблемы физического образова
ния. Материалы региональной научно-мегодической конференции
Санкт-Петербург: Образование. 1997.
5. Интеграция курсов «Основы квантовой механики» и «Численные мето
ды» (в аспекте решения дифференциальных уравнений в частных про
изводных) на физических факультетах педвузов. //Вопросы теории и
практики обучения информатике. Сборник научных трудов. Санкт-
Петербург, 1997.
6. Экспериментальный метод оценки устойчивости численных методов
при решении одномерного уравнения Шредингера в курсе «Основы
квантовой механики». //Физическое образование в школе и вузе. Мате
риалы научно-практической межвузовской конференции. Санкт-
Петербург: Образование. 1997.
7. Имитационное компьютерное моделирование в преподавании кванто
вой механики. //Преподавание физики в школе и вузе. Материалы на
учной конференции «Герценовские чтения». Санкт-Петербург: Образо
вание. 1997.

8. Интеграция сопряженных частей курсов «Основы квантовой механики»
и «Численные методы» на физических факультетах педвузов
//Обучение физике в школе и вузе. Межвузовский сборник научных
статей. Санкт-Петербург: Образование. 1998.
9. Использование имитационного программного обеспечения при само
стоятельном изучении некоторых вопросов курса «Основы квантовой
механики». //Физика в школе и вузе. Сборник научных статей. Санкт-
Петербург: Образование. 1998. (Соавтор: Лактионов А.А.)



СОДЕРЖАНИЕ