CC BY
100
2. Бахмутинский А.Е. Школьная система мониторинга качества образования. Псков: АНО «Центр социального проектирования «Возрождение», 2004.
3. Хуторский А.В. Методика личностно-ориентированного обучения. Как обучать всех по-разному?: пособие для учителя. Москва: Издательство Владос-Пресс, 2005.
4. Белоусов Н.А., Андрухова О.В., Зимина Е.С. Проблемы подготовки достойных университета абитуриентов. Гарантии качества профессионального образования: материалы Международной научно-практической конференции. Барнаул: Издательство АлтГТУ 2018.
5. Сергеева О.В. Практико-ориентированные подходы в работе с одарёнными детьми. Актуальные вопросы и современные практики естественнонаучного и инженерно-технического образования одарённых школьников: сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции образовательных центров Фонда Андрея Мельниченко. Москва - Екатеринбург: Издательство ООО Универсальная Типография «Альфа-Принт», 2019.
References
1. Yarovikova V.A. Formirovanie kadrovogo rezerva v universitete - osobennosti i problemy. Garantii kachestva professional'nogo obrazovaniya: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Barnaul: Izdatel'stvo AltGTU, 2019.
2. Bahmutinskij A.E. Shkol'naya sistema monitoringa kachestva obrazovaniya. Pskov: ANO «Centr social'nogo proektirovaniya «Vozrozhdenie», 2004.
3. Hutorskij A.V. Metodika lichnostno-orientirovannogo obucheniya. Kak obuchat' vseh po-raznomu?: posobie dlya uchitelya. Moskva: Izdatel'stvo Vlados-Press, 2005.
4. Belousov N.A., Andruhova O.V., Zimina E.S. Problemy podgotovki dostojnyh universiteta abiturientov. Garantii kachestva professional'nogo obrazovaniya: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Barnaul: Izdatel'stvo AltGTU, 2018.
5. Sergeeva O.V. Praktiko-orientirovannye podhody v rabote s odarennymi det'mi. Aktual'nye voprosy i sovremennye praktiki estestvennonauchnogo i inzhenerno-tehnicheskogo obrazovaniya odarennyh shkol'nikov: sbornik trudov Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii obrazovatel'nyh centrov Fonda Andreya Mel'nichenko. Moskva -Ekaterinburg: Izdatel'stvo OOO Universal'naya Tipografiya «Al'fa-Print», 2019.
Статья поступила в редакцию 11.02.21
УДК 378
Antifeeva E.L., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior lecturer, Military Space Academy n.a. A.F. Mozhaysky (St. Petersburg, Russia),
E-mail: antifeeva-spb@yandex.ru
Petrova D.G., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior teacher, Military Space Academy n.a. A.F. Mozhaysky (St. Petersburg, Russia),
E-mail: darya_petrova@inbox.ru
COMPUTER SIMULATION OF PHYSICAL PROCESSES IN THE COURSE OF GENERAL PHYSICS. The article deals with the issues of the combination of physical and computer modeling in solving theoretical and practical problems in the course of physics. It is pointed out that it is necessary to develop students' physical modeling skills. From the position of possible assumptions, requirements for the mathematical model of a physical phenomenon are determined. The process of approximation of the model to the real process is presented from the position of hierarchy of mathematical and physical models describing the phenomenon. Computational physics, which is often defined as a branch of theoretical physics, is applied to the description of physical processes studied in mechanics and magnetism. Examples of using Matlab tools for constructing spatial models of magnetic fields in solving problems are given. The material presented in the article is a generalization of the experience of including elements of computational physics in the educational process at the Mozhaisk Military Space Academy.
Key words: methodology of physical science, approaches in education, physical understanding, physical model of the phenomenon, mathematical modeling, method of models, hierarchies of models.
Е.Л. Антифеева, канд. пед. наук, доц., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, E-mail: antifeeva-spb@yandex.ru
Д.Г. Петрова, канд. пед. наук, преп., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, E-mail: darya_petrova@inbox.ru
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КУРСЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
В статье рассмотрены вопросы совокупности физического и компьютерного моделирования при решении теоретических и практических задач в курсе физики. Указывается на необходимость формирования у обучающихся навыков физического моделирования. C позиции возможных допущений определены требования к математической модели физического явления. Процесс приближения модели к реальному процессу представлен с позиции иерархичности математических и физических моделей, описывающих явление. Вычислительная физика, которая часто определяется как один из разделов теоретической физики, применяется к описанию физических процессов, изучаемых в механике и магнетизме. Приведены примеры использования инструментов Matlab для построения пространственных моделей магнитных полей при решении задач. Материал, представленный в статье, является обобщением опыта включения элементов вычислительной физики в учебный процесс в ВКА имени А.Ф. Можайского.
Ключевые слова: методология физической науки, подходы в образовании, физическое понимание, физическая модель явления, математическое моделирование, метод моделей, иерархии моделей.
Модельный подход к изучению физических явлений и процессов прочно укоренился в современной теории и методике обучения физике [1; 2]. Более того, он трансформировался в систему, включающую в себя ряд методов научного исследования, методов обработки информации, которые традиционно базируются на функциях анализа, синтеза и обобщения результатов исследования [3; 4]. Но вместе с тем обучающиеся должны понять, что ни один реальный процесс не может быть идеально описан ни с точки зрения физики, ни с точки зрения математики. Будет правильным и логичным представить его как совокупность некоторых процессов, каждый из которых, в свою очередь, будет упрощен, а также будут исключены некоторые малосущественные явления, принципиально не влияющие на рассматриваемый процесс в целом. При решении физических задач обучающиеся устанавливают определенные допущения, которые эту задачу упрощают, и определяют границы применимости проводимых расчетов. Другими словами, они строят физическую модель, с тем чтобы в дальнейшем использовать математический аппарат для количественной оценки изучаемого явления. Таким образом происходит переход из области реальных процессов в область физического и математического моделирования и оказывается, что решение любой физической задачи в зависимости от уровня ее сложности можно представить как процесс создания модели. В процессе решения задачи физическая модель явления перетекает в форму математической модели, описанной формальным языком уравнений. Стоит отметить, что для решения задачи, предполагающей
рассмотрение не одного, а нескольких свойств объекта или анализ изменения состояния какой-либо системы как следствия трансформации внешних условий или параметров самой системы, будет необходимым построение нескольких моделей. И в этом случае, кроме установления причинно-следственных связей, требуется установление «иерархичности» разрабатываемых моделей. Решением таких задач будет совокупность моделей и допущений, каждая из которых будет иметь определенное место и долю в общем наборе моделей [5; 6].
Наиболее сложным представляется построение моделей реальных процессов. Такие модели должны строиться как пирамида - от фундаментального основания к острой вершине, которая будет вероятностной кульминацией, наиболее полно учитывающей все особенности процесса, и заканчивающейся точным математическим описанием, результаты которого не будут противоречить, а будут максимально приближены к результатам эксперимента.
Сегодня создание математических моделей физических явлений тесно связано с использованием численных методов, что значительно упростило этап построения математических моделей и приближение их к описанию реальных процессов и объектов. Использование программных продуктов при разработке математических моделей физических явлений привело к созданию нового направления - «вычислительной физики» [7; 8].
Использование численных методов и программных пакетов позволяет подходить к созданию обобщенной модели двумя путями: первый - создав общую
модель, дополнять ее частными моделями, и второй - проанализировав набор моделей, описывающих частные случаи, объединить их в сложную математическую модель, учитывающую все граничные условия и особенности.
Стоит отметить, что, говоря «все граничные условия», мы лукавим. Создавая модель, необходимо предвидеть возможность ее дальнейшего развития. Математическая модель физического явления не может быть окончательно сформированной, всегда должна оставаться возможность ее дальнейшего совершенствования. Модель должна быть развивающейся, «потенциальной», но всегда надо помнить, что усложнение неизбежно приведет к потере точности описания явления.
В случае построения сложных моделей, таких, которые рассматриваются при изучении теории нелинейных колебаний и волн, теории теплопроводности, вопросов космической баллистики, т.е. в случае многопараметрических систем, применение методов вычислительной физики становится не только возможным, но часто и необходимым ввиду сложности численного описания физических моделей таких явлений.
Если говорить об использовании вычислительной физики при изучении классической теории поля (электромагнитные, гравитационные), а также торсионных полей, то введение элементов вычислительной физики в лабораторный практикум будет являться объединением теоретических и экспериментальных исследований, интеграционной технологией проведения научного исследования, включающей в себя этап построения обобщенной физической и математической (вычислительной) моделей явления, этап исследования этой модели, а также этап прогнозирования развития модели при изменении параметров самой системы или условий, в которых она находится [9; 10; 11].
Особенностью применения таких программных продуктов, как Matlab, Scilab, или GNU Octave при исследовании различных полей, будет являться визуализация «невидимой» материи, что поможет обучающимся наиболее полно представить само изучаемое явление и его динамику.
Еще одним возможным применением вычислительной физики может быть решение задач по определению напряженности магнитного поля. Примером та-
кой задачи может служить определение в разных точках пространства напряженности магнитного поля, создаваемого бесконечно длинным тонким проводником (рис. 1), имеющим изгиб (квадратную петлю).
I
С*
о
в
Рис. 1.
При решении этой задачи аналитически, схема разбивается на отдельные участки проводника, далее ищутся напряженности, создаваемые различными участками проводника, и в соответствии с правилами сложения эти напряженности суммируются. Результатом решения задачи будет количественное определение напряженности магнитного поля в точках О, А, В и С. Общей картины магнитного поля, создаваемого в пространстве данным проводником, при этом получено не будет.
Эту же задачу можно представить в виде исследовательского задания, если предложить обучающимся при помощи программных пакетов Matlab или GNU Octave разработать модель, которая даст представление об изменении параметров магнитного поля, создаваемого данным проводником с током. В ходе выполнения этого задания обучающимися будет получена визуальная модель, позволяющая рассматривать изменение магнитного поля проводника с током в зависимости от параметров самого проводника, а также силы тока в нем (табл. 1).
Таблица 1
Этапы создания модели магнитного поля проводника с током
Построение и рассмотрение моделей должно происходить поэтапно, от простого к сложному, формируя у обучающихся систему знаний на основе понимания их взаимосвязи.
Данную задачу, решение которой приведено выше, можно усложнить, предложив обучающимся найти поверхности, в которых напряженность магнитного поля, создаваемого проводником с током, будет иметь одинаковое значение, т.е. разработать пространственную модель магнитного поля, создаваемого этим проводником с током. В этом случае можно говорить о создании 3D-мcдепи магнитного поля.
Абстрактность этой, как и любой компьютерной модели, можно подвергнуть критике. Но если в полной мере выполнены все требования к построе-
Библиографический список
нию модели, и эта модель делает процесс познания более эффективным, то обучение физическому и математическому моделированию, объединенному в общий кластер «вычислительная физика», должно привести к формированию у обучающихся современного научного метода познания - метода моделей.
Говоря о перспективности использования элементов вычислительной физики в учебном процессе, стоит отметить, что в последнее время использование численных методов для получения аналитических решений нашло широкое применение в научной среде, а с развитием систем искусственного интеллекта граница между численными и аналитическими методами будет исчезать.
1. Бордовский Г.А., Кондратьев А.С., Чоудери А.Д.Р Физические основы математического моделирования: учебное пособие для вузов. Москва: Издательский дом «Академия», 2005.
2. Кондратьев А.С. Физика как учебный предмет в третьем тысячелетии. Физика в школе и вузе. Санкт-Петербург, 2001.
3. Лаптев В.В., Ларченкова Л.А. Проблемы и тенденции развития методики обучения физике как педагогической науки. Физика в системе современного образования (ФССО-2019): тезисы докладов XV Международной конференции. Санкт-Петербург, 2019; 15 - 20.
4. Лаптев В.В., Носкова Т.Н. Информационные технологии - вызовы современному образованию. Научное мнение, 2018; № 2: 10 - 18.
5. Живобродова С.А. Иерархичность как одно из основных требований, предъявляемых к математическим моделям при описании физических явлений в средней школе. Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, 2006; № 4 (22): 177 - 181.
6. Варфаламеева С.А., Ларченкова Л.А. Построение иерархии математических моделей при решении задач на закон сохранения импульса. Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, 2017; № 183: 14 - 21.
7. Кондратьев А.С., Попов С.Е. «Вычислительная физика» - к вопросу об адекватности терминологии. Физика в школе и ВУЗе: Международный сборник научных статей. Санкт-Петербург: РГПУ имени А.И. Герцена, 2004; 285 - 287.
8. Сухарев Е.М. Изучение элементов вычислительной физики в курсе общей физики технического вуза. Евразийский научный журнал, 2016; № 12: 18-19.
9. Попов С.Е. Исследование объектов в вычислительной физике. Проблемы учебного физического эксперимента. 2005; Выпуск 22, 115 - 117.
10. Щур Л.Н. Вычислительная физика и проверка теоретических предсказаний. Успехи физических наук, 2012; Т. 182, № 7: 787 - 792.
11. Сухарев Е.М. Вычислительная физика как часть курса общей физики для студентов информационных специальностей. Аллея науки, 2017; Т. 1. № 15. 690 - 693.
References
1. Bordovskij G.A., Kondrat'ev A.S., Chouderi A.D.R. Fizicheskieosnovy matematicheskogo modelirovaniya: uchebnoe posobie dlya vuzov. Moskva: Izdatel'skij dom «Akademiya», 2005.
2. Kondrat'ev A.S. Fizika kak uchebnyj predmet v tret'em tysyacheletii. Fizika v shkole i vuze. Sankt-Peterburg, 2001.
3. Laptev V.V., Larchenkova L.A. Problemy i tendencii razvitiya metodiki obucheniya fizike kak pedagogicheskoj nauki. Fizika vsisteme sovremennogo obrazovaniya (FSSO-2019): tezisy dokladov HV Mezhdunarodnoj konferencii. Sankt-Peterburg, 2019; 15 - 20.
4. Laptev V.V., Noskova T.N. Informacionnye tehnologii - vyzovy sovremennomu obrazovaniyu. Nauchnoe mnenie, 2018; № 2: 10 - 18.
5. Zhivobrodova S.A. lerarhichnost' kak odno iz osnovnyh trebovanij, pred'yavlyaemyh k matematicheskim modelyam pri opisanii fizicheskih yavlenij v srednej shkole. Izvestiya Rossijskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. A.I. Gercena, 2006; № 4 (22): 177 - 181.
6. Varfalameeva S.A., Larchenkova L.A. Postroenie ierarhii matematicheskih modelej pri reshenii zadach na zakon sohraneniya impul'sa. Izvestiya Rossijskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. A.I. Gercena, 2017; № 183: 14 - 21.
7. Kondrat'ev A.S., Popov S.E. «Vychislitel'naya fizika» - k voprosu ob adekvatnosti terminologii. Fizika v shkole i VUZe: Mezhdunarodnyj sbornik nauchnyh statej. Sankt-Peterburg: RGPU imeni A.I. Gercena, 2004; 285 - 287.
8. Suharev E.M. Izuchenie 'elementov vychislitel'noj fiziki v kurse obschej fiziki tehnicheskogo vuza. Evrazijskij nauchnyj zhurnal, 2016; № 12: 18-19.
9. Popov S.E. Issledovanie ob'ektov v vychislitel'noj fizike. Problemy uchebnogo fizicheskogo 'eksperimenta. 2005; Vypusk 22, 115 - 117.
10. Schur L.N. Vychislitel'naya fizika i proverka teoreticheskih predskazanij. Uspehi fizicheskih nauk, 2012; T. 182, № 7: 787 - 792.
11. Suharev E.M. Vychislitel'naya fizika kak chast' kursa obschej fiziki dlya studentov informacionnyh special'nostej. Alleya nauki, 2017; T. 1. № 15. 690 - 693.
Статья поступила в редакцию 05.03.21
УДК 379.634:371
Gaiduk D.V., senior teacher, Altai State Institute of Culture (Barnaul, Russia), E-mail: altaik@mail.ru
Zarechnev D.O., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior lecturer, Barnaul Law Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia (Barnaul, Russia),
E-mail: fedulovb@mail.ru
Zuev V.M., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior lecturer, Altai State Institute of Culture (Barnaul, Russia), E-mail: altaik@mail.ru
Fedulov B.A., Doctor of Sciences (Pedagogy), Professor, Altai State Institute of Culture (Barnaul, Russia), E-mail: fedulovb@mail.ru
SOCIO-CULTURAL BASIS OF THE EDUCATIONAL PROCESS IN EDUCATIONAL ORGANIZATIONS OF RUSSIA. In the article, the socio-cultural foundations of the educational process are revealed through goal-setting, the socio-cultural ideal of the individual, in the methods and means of pedagogical activity. Analysis of student youth as an object of upbringing is given, problems of this process in modern conditions are revealed. Ccategories of personality and individuality are specified, the basics of personality is defined as a socially useful individuality and a socially significant subject of activity. The socio-cultural ideal is identified as a system-forming element of external and internal factors of personality development. The research identifies conditions for its implementation are identified. The methodology of upbringing is proposed, in which the process of personality development is carried out through the formation of its internal structures and substantiates the need for the implementation of socio-cultural foundations in pedagogical activity.
Key words: socio-cultural foundations, educational process, student youth, goal-setting, personality, individuality, socio-cultural ideal.
Д.В. Гайдук, ст. преп., Алтайский государственный институт культуры, г. Барнаул, E-mail: altaik@mail.ru
Д.О. Заречнее, канд. пед. наук, доц., Барнаульский юридический институт МВД России, г. Барнаул, E-mail: fedulovb@mail.ru
В.М. Зуее, канд. пед. наук, доц., Алтайский государственный институт культуры, г. Барнаул, E-mail: altaik@mail.ru
Б.А. Федулое, д-р пед. наук, проф., Алтайский государственный институт культуры, г. Барнаул, E-mail: fedulovb@mail.ru
СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНЫЕ ОСНОВЫ ВОСПИТАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЯХ РОССИИ
В статье социально-культурные основы воспитательного процесса раскрываются через целеполагание, социально-культурный идеал личности, в методах и средствах педагогической деятельности. Дается анализ студенческой молодежи как объекта воспитания, выявлены проблемы этого процесса в современных условиях. Уточняются категории «личность» и «индивидуальность», сущность личности определена как общественно-полезная индивидуальность и социально значимый субъект деятельности. Социально-культурный идеал выделен как системообразующий элемент внешних и внутренних факторов
