Гашенко Іван

Науковий керівник: доктор пед. наук, професор Вовкотруб В.П.

Кіровоградський державний педагогічний університет

імені Володимира Винниченка

Анотація. У статті обґрунтовано зміст підготовки майбутніх учителів технологій до використання методів моделювання в професійній діяльності. Показано процес підготовки студентів до використання методу моделювання в процесі викладання профільних дисциплін.

Ключові слова: моделювання, лабораторний експеримент, компетентнісний підхід.

Постановка проблеми. Високий рівень природничо-наукової освіти базується на концепції неперервної освіти, реалізація якої у педагогічному виші здійснюється через такі рівні освіти, як бакалавр-магістр, спеціаліст-магістр. Суттєво змінюються мета і задачі педагогічної освіти, зростає роль фундаментальної освіти в підготовці педагогічних кадрів, що потребує певного коректування змісту освіти, насамперед науково-природничої.

Аналіз актуальних досліджень. Теоретичною основою є дослідження вітчизняних і зарубіжних вчених з теорії і методики впровадження методів моделювання в процес вивчення природничо-математичних і фахових дисциплін: В. Вовкотруба і Н. Манойленко [2], С. Гончаренка [3], С. Каменецького і Н. Солодухіна [5] та інших.

Мета статті: обґрунтувати зміст і особливості підготовки майбутніх учителів технологій до використання методів моделювання в професійній діяльності.

Методи дослідження. У процесі дослідження нами використовувалися такі методи: аналіз наукової літератури та інформаційних джерел, узагальнення результатів з теми дослідження, вивчення передового педагогічного досвіду.

Виклад основного матеріалу. Вагоме місце у процесі навчання методу моделювання займає лабораторний практикум, який дозволяє гармонічно поєднувати теоретичну і практичну підготовку студентів на основі диференційованого підходу до процесу навчання. Студенти мають можливість працювати з різними видами моделювання: фізичними, математичними і комп’ютерними. Перед тим, як показати яким чином застосовується метод моделювання при підготовці студентів до виконання експериментальних завдань, наведемо завдання практично-лабораторного заняття з ергономіки в технологічній освіті: поширення і розширення теоретичних знань та застосування їх на практиці; формування дослідницьких вмінь і навичок; навчання методу моделювання – основному методу пізнання оточуючого світу; вивчення експериментальних методів, що застосовуються в природничих науках; вивчення тем курсів природничо-математичних дисциплін, винесених на самостійних розгляд до занять.

Для вирішення цих задач такі заняття мають охоплювати:  моделювання реальних процесів – їх вивчення і дослідження на експериментальних установках, які складаються студентами на раніше підготовлених – експериментальних стендах; комбіновані експериментальні завдання; модельні лабораторні роботи [4, с. 235].

Такі лабораторно-практичні заняття вибудовують за структурою: теоретична частина, яку складають описи явища чи процесу і експериментальної установки – математичне моделювання; практичне виконання завдання  і обробка його результатів – предметне моделювання; контрольні запитання і вправи – модельні задачі.

Наводимо приклади таких завдань, охоплених практично-лабораторними заняттями за програмами підготовки бакалаврів.

І. Фізичне моделювання.

1) «Планування і розробка процесу і прийомів розрізання виробів виготовлених із скла». У даному завданні використовується фізичні закономірності щодо розширенні твердих тіл за підвищення температури і навпаки. Наприклад скляну посудину, надбиту зверху, обмотують одним витком високоомного дроту, по якому пропускають струм. У результаті провідник нагрівається до високої температури, а отже, і скло в місцях контакту з дротом. Далі струм швидко відключають, а місце контакту дроту зі склом поливають водою: в процесі різкого охолодження скло розколюється по лінії контакту з дротом.

2) «Вивчення характеристик тонкої лінзи». Зміст роботи стосується вивчення способів вимірювання фокусної відстані лінз і оцінки оптичних вад лінз. При цьому використовується модель тонкої лінзи.

ІІ. Математичне моделювання.

1) «Вивчення зв’язаних коливань» Системаскладається з двох маятників, зв’язаних пружиною, вибудовується математична модель зв’язаних коливань, і визначаються нормальні частоти коливальної системи.

2) «Вивчення вимушених коливань тіла». Мета роботи – вивчення вимушених коливань пружинного маятника і дослідження явища резонансу. Результат – побудова графічної моделі, яка описує явище резонансу.

3) «Вивчення магнітного поля». У роботі здійснюють експериментальне і теоретичне визначення індукції магнітного поля в мікрохвильовій печі. Використовуються математичні моделі довгого і короткого соленоїда.

4) «Експериментальне визначення сталої Стефана-Больцмана на основі законів теплового випромінювання». У роботі вивчається випромінювання лампи розжарювання для забезпечення ергономічних показників освітлення.

ІІІ. Комп’ютерне моделювання.

1) «Приготування страви на різних нагрівниках: газовій плиті і мікрохвильовій печі». У роботі вивчається процес нагрівання речовини підігрівом на полум’ї і струмами Фуко, визначається час, якість, ефективність процесів.

Важливо, що в процесі виконання ряду експериментальних завдань студенти можуть порівняти результати фізичного експерименту (дослідження фізичної моделі) з результатами обчислювальної моделі. При цьому суттєво зростає самостійність студентів при роботі з моделями:  вибір умов експерименту, обробка, аналітичне і графічне представлення результатів тощо. Комбіноване дослідження моделей (фізична модель + обчислювальна модель), безумовно, підвищує якість інформації, яка повідомляється студентам, покращує засвоєння теоретичного матеріалу, дозволяє вивчити фізичні явища, які не можна дослідити на експериментальній установці. Отже студент, який вступив до магістратури, вже має первинні уявлення про експеримент і мету його проведення.

У магістратурі на таких заняттях реалізується наступний етап розвитку компетенцій в області експерименту, освоєння експериментальних методів, дослідницьких вмінь, які використовуються в процесі вивчення інших дисциплін. Також формуються і компетенції з області моделювання.

Особливістю природничо-наукового лабораторного практикуму є те, що він не супроводжує будь-яку окрему дисципліну, а є самостійним елементом, що ілюструє загальнонаукові ідеї природознавства в цілому. Це обумовлено задачами, які нами визначаються в процесі навчання:

-   при підготовці бакалаврів – встановлення взаємозв’язку явищ, демонстрування системи, яка включає ці закони, досліджує перебіг процесів;

-   в магістратурі – інтеграція природничо-наукових знань, тобто побудова природничо-наукової картини світу.

Зміст і особливості робіт наведених завдань визначаються двома обставинами: базовою підготовкою студентів технологічних профілей в бакалавраті; змістом і структурою інтегративних курсів в магістратурі.

При створенні технологічного практикуму для магістратури варто виходити з особливостей базової експериментальної підготовки студентів напрямків технологічної освіти в педвузах, сутність яких в наступному:

1) студенти володіють мінімальними експериментальними вміннями, одержаними при виконанні лабораторних робіт в школі, на уроках технологій, в фізичному практикумі та інших практикумах;

2) студенти знайомі лише з універсальним обладнанням і устаткуванням;

3) студенти володіють первинними навичками оформлення і обробки результатів виконання експериментальних завдань;

4) студенти знайомі з основними експериментальними методами дослідження з області професійних дисциплін: універсальними для природознавства і специфічними для кожної з наук і технологій;

5) студенти володіють основами методу моделювання: фізичного, і математичного (репродуктивний рівень);

Наведені особливості визначають принципи відбору змісту і структури експериментальних завдань занять з технологій. Принципи відбору наступні:

- зміст кожного завдання має спиратися на відомості, одержані студентами при вивченні дисциплін професійного блоку в бакалавраті: фізики, хімії, біології, географії, а також трудового навчання;

- об’єкти експериментального дослідження в таких завданнях мають являти собою моделі з галузі кожної із наведених дисциплін;

- ідея експериментального дослідження має бути ясною і чіткою, а перебіг процесу – наочним і чітко вираженим;

- експериментальна частина завдання базується на використанні знайомої приладної бази, з тим, щоб складність обладнання, яке використовується, не відволікало від спостереження;

- кожне заняття має охоплювати завдання з обчислювального моделювання для детальнішого дослідження досліджуваного ефекту чи процесу з метою: аналізу теоретичного опису і його порівняння з результатами, одержаними експериментально; екстраполяція умов спостереження за межами, які можуть бути створені в лабораторних умовах.

У магістратурі використання методу моделювання поглиблюється і ускладнюється. На заняттях з ергономіки в технологічній освіті студенти досліджують різними методами біологічні системи: систему кровообігу людини, слухову систему людини, оптичну систему ока тощо. На цьому етапі повною мірою використовуються всі види моделювання [2, с. 316]

Висновки. Таким чином застосування методу моделювання в процесі виконання експериментальних завдань в магістратурі є можливістю ілюстрації сучасних методів дослідження, доступність і наочність яких визначається розумною черговістю різних видів моделювання, і які відповідають основному принципу навчання – сходження від простого до складного.

Список літератури:

1. Вовкотруб, В. П. Модернізація елементів матеріального забезпечення і змісту роботи фізичного практикуму до теми «Магнітне поле»/ Зб. наук. праць Кам.-Под. держ. унів.: Серія педагогіч на: Дидактика фізики в контексті орієнтирів Болонського процесу. / В. П.  Вовкотруб, Н. В. Подопригора ; КПДУ, ІВВ, 2005. – Вип. 11. – С. 242 – 244.
2. Вовкотруб, В. П. Методичні рекомендації для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Ергономіка в технологічній освіті» для студентів освітньої галузі «Технології» / В. П. Вовкотруб, Н. В. Манойленко. – Кіровоград, 2015. – 59 с.
3. Гончаренко, С.У. Український педагогічний словник. / С. У. Гончаренко. – К.: Либідь. – 1997. – 376 с.
4. Ермаков, А. В. Модельный компьютерный эксперимент в лабораторном практикуме по волновой оптике в вузе: дис. …канд. пед. наук / А. В. Ермаков. – Москва, 2008. – 235 с. ;
5. Каменецкий, С. Е. Модели и аналогии в курсе физики средней школы: Пособие для учителей. / С. Е. Каменецкий, Н. А.  Солодухин ; М. – просвещение, 1982. – 92 с.