Модель процесса формирования логических приемов мышления у студентов технических специальностей на материале общего курса физики

ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Методика преподавания

УДК 147.7:377:378 Н. Г. САЗАНОВА

М. П. ЛАНКИНА

Омский государственный технический университет

МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ МЫШЛЕНИЯ У СТУДЕНТОВ

ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ НА МАТЕРИАЛЕ

ОБЩЕГО КУРСА ФИЗИКИ __________________________

В статье представлена модель формирования логических приемов мышления в процессе обучения физике студентов технических специальностей в рамках системного, деятельностного и компетентностного подходов. Эффективность применения описанной модели подтверждена экспериментально, в статье приводятся некоторые выводы. Эксперимент проводился на базе ОмГТУ и ОмГУ им. Ф. М. Достоевского. Описанные подходы и методики могут применяться при обучении физике студентов как технических, так и других специальностей.

В « Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года» приводится комплекс мероприятий по реализации приоритетных направлений развитии системы образования РФ, в частности, создание новой системы стандартизации и классификации образовательных программ разного уровня подготовки. При этом результаты высшего образова-

ния рассматриваются как главные целевые установки и интегрирующие начала «модели» выпускника вуза. В связи с этим одной из основных задач современной вузовской дидактики становится усовершенствование процесса обучения на основе применения более точных методов исследования, которые позволят получить заранее спрогнозированный качественно

и количественно определенный результат. Одним из таких методов является моделирование дидактического процесса и дальнейшее изучение полученной модели.

Важной составляющей когнитивных ключевых компетенций будущего инженера является логическое мышление. Как показывают исследования последних лет, уровень сформированное™ приёмов логического мышления у студентов является низким и продолжает снижаться. В то же время материал общего курса физики способствует формированию этих приемов у студентов при соблюдении определённых условий. Для выявления таких условий необходимо построит!, и исследовать дидактическую модель процесса формирования логических приемов у студентов технических специальностей на материале курса общей физики. Системообразующим фактором при определении конечного «продукта» функционирования данной дидактической системы и построении её модели выступает потребность общества в высококвалифицированных специалистах-инженерах, способных к выполнению задач, описанных в соответствующих квалификационных характеристиках.

Предложенная нами модель сгроится на трёх уровнях общности: методологическом, психолого-дидак-тическом и методическом. Самый общий — методологический - описывает используемые подходы: системный (И. В. Блауберг, Л. И. Уёмов, Э. Г. Юдин и др.). деятельностный (А. Н. Леонтьев, П. Я. Гальперин, Н. Ф. Талызина и др.) и компетентностный (А. Н. Хомский, В. И. Байденко, И. А. Зимняя и др.).

При выборе подходов мы исходили из того, что существует система обучения - в нашем случае система обучения будущего инженера на уровне высшего профессионального образования в техническом университете. Внутри неё организуется деятельность студентов и преподавателей, которых мы можем рассматривать как взаимосвязанные компоненты описываемой дидактической системы. Таким образом, общенаучной основой модели в нашем случае является системный подход проявляющийся в стремлении найти общность, закономерность и взаимосвязь между составляющими дидактического процесса и феноменологически «добытыми» фактами. Теоретико-методологической стратегией моделирования является деятельностный подход, то есть основная цель образования смещается с формирования знаний на формирование способности к активной деятельности. Овладение методами такой деятельности, в свою очередь, способствует гармоничному умственному развитию учащихся. Перевод учащихся от пассивных к активным, самостоятельным формам работы является одним из основных факторов, влияющих на изменение конечного результата дидактического процесса. В рамках компетентностного подхода выбираются те виды мыслительной деятельности, а также составляклцие их приёмы и операции, формирование которых наиболее актуально для будущих инженеров. Выбор компетентностного подхода в качестве одного из основных усиливает практическую направленность обучения, выделяя (помимо содержательной) операциональную, навыковую сторону результата,

Существует идеальная модель деятелыюсги инженера, основные требования к которой описаны в ст андартах и квалификационных характеристиках по различным специальностям и содержа тся в определении самого понятия «инженер». В этой модели можно выделить некоторые структурные элементы, например, типовые профессиональные задачи, конкретные ви-

ды и элементы деятельности - т.е. основные требования к подготовке будущих инженеров.

Исходя из этой модели деятельности, строится согласующаяся с ней модель обучения. Усвоение способов решения типовых учебных физических и профессиональных задач становится при этом одной из основных целей процесса обучения студентов. Цель задаёт соответствующие структуру и содержание, виды учебной и профессиональной деятельности, показатели и оценочные средства этой деятельности.

Проанализировав квалификационные характеристики но нескольким инженерным специальностям, мы выделили инвариант - общие требования, которым должен удовлетворять инженер по любой из специальностей в качестве подтверждения готовности к успешной профессиональной деятельности. Больше друтх нас интересуют те профессиональные компетенции, которые возможно переносить с одного предметного материала на другой, и, будучи сформированными на материале курса физики, они могут переноситься на любое другое содержание. Так, существуют большие возможности для формирования на материале общего курса физики умения проводить исследовательскую и проектно-консгрук-торскую работу, оперировать с физическими и математическими моделями объектов, которые в будущем могут стать основными видами профессиональной деятельности инженера. Например, структура мыслительной деятельности по исправлению некорректных учебных физических задач аналогична деятельности инженера по отладке работы неисправного устройства и может, при соответствующей организации занятий, формироваться у обучаемых как упрощённый прототип последней.

Выделенные инварианты ключевых квалификаций должны включать предметные, логические и психологические составляющие, в соответствие им можно поставить психолого-дидактические основания их формирования у студентов.

В качестве таких психолого-дидактических оснований в нашем случае могут выступать:

1) теоретическое положение о том, что логические приемы являются инвариантами любого мыслительного процесса и структурными элементами деятельности инженера, а также обоснование выделения логических приемов для формирования и диагностики;

2) теория планомерного формирования умственных действий П. Я. Гальперина [1);

3) психологаческиетеории познавательной деятельности А. Н. Леонтьева, И. Н. Семёнова [2, 3|; теории мышления (С. Л. Рубинштейн, В. В. Давыдов) [4,5).

4) теория решения задач <Г. А. Балл, В. М. Глуш-ков, А. Ф. Эсаулов) |б, 7, 8|.

Кроме того, необходимо учесть основные дидактические принципы, преломив их применительно к системе высшего образования: принцип научности, системности, наглядности, связи теории и практики, сознательности, единства конкретного и абстрактного, доступности, прочности знаний, профессиональной направленности обучения.

На методическом уровне модели определяется содержание предметного материала, на котором будет происходить формирование логических приемов мышления, описывается содержание деятельности преподавателя и студентов на занятиях по физике, дидактические условия формирования логических приемов мышления, даются критерии и уровни сфор-мированности логических приемов, приводятся в пример сценарии проведения конкретных занятий.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ 1ЕСТНИК № г (56) »07

Средством обучения в нашем случае являются специально составленные на материале общего курса физики упражнения и задачи, требующие при их решении применения определённых приемов мышления, и подействиям аналогичные некоторым профессиональным задачам инженера.

Как показывают наши исследования, у учебных физических задач и некоторых профессиональных задач инженера инвариантны логический и методический слой. Цель применения разработанной методики проведения занятий — сформировать логические приемы мышления у студентов инженерных специальностей на материале общего курса физики на таком уровне, чтобы в дальнейшем их можно было использовать для решения профессиональных задач.

Из поставленной цели вытекает несколько частных задач:

— усвоение студентами логических приемов мышления и их структуры в качестве ориентировочной основы деятельности (ООД);

— обучение умению применять логические приемы на различном учебном материале, то есть перевести знания логических приемов в разряд умений оперировать ими в любой ситуации:

а) актуализировать использование студентами логических приемов для систематизации ранее полученных знаний, успешного усвоения новых и включения их в систему с уже имеющимися знаниями;

б) обучить умению находить логические ошибки и устранять их;

в) научить определять место логических приёмов в деятельности по решению задач.

Для успешного выполнения поставленных задач необходимо выстраивать учебный процесс в соответствии со следующими выявленными дидактическими условиями.

1. Поэтапное формирование выделенного логического приема (в соответствии с теорией П. Я. Гальперина [!)).

2. Знание преподавателем структуры и функционального состава выделенного приема, что, в свою очередь, подразумевает, что преподаватель сможет показать студентам саму струк туру приёма, правила её использования и некоторые образцы применения в конкретной ситуации.

3. Знание преподавателем структуры различных видов будущей профессиональной и соответствующих видов учебной деятелыюсти студентов, а также того, какие логические приемы входят в эту структуру.

4. Возможность применения и отработки приемов в различных ситуациях на различном предметном материале, использование логических приемов при изучении нового материала и систематизации ранее изученного; для выполнения этого условия необходимо систематическое использование специально разработанных заданий для формирования, отработки и диагностики уровня сформированности логических приемов.

5. Наличие разработанных критериев сформиро-ваппостн логических приемов у обучаемых на раз-

2 ных этапах обучения.

6. Организация и управление процессом формиро-; вания, диагностика и коррекция этого процесса на у начальном, конечном и промежуточном этапах, то I есть наличие апробированной методики проведения ^ занятий.

£ 7. Положительная мотивация студентов к изуче-

ниюфизики и овладению необходимыми видами де-ягельносги.

Как уже упоминалось, формирование логических приемов мышления у студентов включает две взаимосвязанные составляющие: деятельность преподавателя и деятельность студентов.

Деятельность преподавателя включает в себя:

1) отбор учебного материала (или самостоятельную разработку комплекса заданий) для формирования и диагностики уровня сформированности логических приемов, 2) подачу материала с опорой на различные лошческие приемы, 3) создание условий для переноса логических приемов на различный учебный материал и их применение в различных си туациях, 4) диагностику уровня сформированности логических приемов у отдельных студентов и выявление ошибок на каждом этапе формирования, 5) создание условий для повышения мотивации студентов к изучению физики.

Деятельность студентов включает: 1) усвоение структуры логических приемов в общем виде,

2) выполнение заданий с опорой на структуру приемов, 3) отработку переноса приемов на различный учебный материал, применение их в конкретных ситуациях, для усвоения новых и систематизации ранее полученных знаний, 4) рефлексию собственной деятельности, анализ собственных ошибок при использовании приемов.

Ме тодический слой нашей модели содсржиттак-же описание двух методик формирования логических приемов, рассчитанных на разные уровни усвоения учебного материала |9): алгоритмическую (для I уровня усвоения учебного материала) и проблемную (для И и более высоких уровней усвоения учебного материала по В. П. Беспалько (10]). Выбор используемой методики определяется особенност ями содержательного и деятельностного аспек тов подготовки будущих инженеров, начальным уровнем подготовки студентов, но в обоих случаях необходимо изначально мотивировать деятельность студентов.

В соответствии стеорией П. Я. Гальперина обе методики включают шесть этапов. Нулевой этап - актуализация предметного слоя познавательной деятельности студентов. Первый этап — составление схемы ООД (в рамках алгоритмической методики преподаватель предлагает структуру логического ириема и правила его применения в качестве готовой ООД, а в рамках проблемной методики в ходе разрешения проблемной ситуации студенты с помощью преподавателя составляют ООД). В торой этан - деятельность студентов с объектами в материализованной форме (студенты работаю т со схемами, фафиками, алгори тмами, причем в рамках проблемной методики они пытаются самостоятельно составить материальный образ обьекта своих действий). Третий этап — внешняя речь (студенты выполняют различные по содержанию задания. проговаривая вслух все шаги решения). Преподаватель выявляет ошибки и корректирует действия студентов. Четвертый этап — формирование приема во внешней речи про себя, в ходе которого отрабатывается применение приема на разном предметном материале, при постепенном свертывании полноты выполняемых операций. Пятый этап - формирование приема во внутренней речи - применение приемадоводится до автоматизма на различных типах задач.

Чтобы определить степень сформированности того или иного логического приема у студентов, необходимо (в зависимости от полноты проявления выделенных кри териев сформированности приема) отнести ее к одному из четырёх уровней (11]: нулевому, локально-предметному (низкому), локально-операциональному (среднему) или осознанно-операциональному (высокому).

Для контроля уровня сформированности логических приемов используются следующие критерии:

1. Сформированное^ предметного слоя (формальное знание формул, определений, формулировок законов, элементов теорий, и т. д.). Этот критерий может полностью проявляться на любом из четырёх уровней сформированности приема, иначе на данном предметном материале обучаемый не сможет использовать приём вообще. Соответственно при проявлении этого критерия обучаемый может находиться на любом из уровней, включая нулевой, когда прием полностью не сформирован.

2. Сформированное^ операционального слоя приема (знание определения и структуры приема, примеров его применения п известных ситуациях). Проявление этого критерия говорит не о нулевом, а о низком, среднем или даже высоком уровне сфор-мированности приема.

3. Осознанность (умение выбрать прием и обосновать его применение в новой ситуации). Полное проявление этого критерия свидетельствует о высоком уровне сформированности приема, если же критерий проявляется частично, то это соответствует среднему уровню.

4. Самостоятельностьприменения (умениесамостоятельно и безошибочно применять прием в большинстве различных ситуаций). Если этот критерий проявляется полностью, то уровень сформированности приема высокий, если частично — то это может соответствова ть среднему уровню.

Построенная модель позволяет выявить условия, способствующие успешному усвоению студентами приёмов логического мышления, ранжировать уровни сформированности этих приёмов, дифференцировать деятельность преподавателя и студентов по усвоению логических приёмов. Все это позволяет решать актуальную задачу: представить цели обучения инженеров в диагностируемой форме и объективно оценивать степень их достижения.

Внедрение разработанной модели в практику обучения студентов решению учебных физических задач проходило на базе Омского государственного технического университета и Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского. В ходе работы по предложенным методикам на первых занятиях по физике были проверены уровни сформированности предметного и логического слоя знаний у студентов экспериментальных (83 человека) и контрольных (75 человек) групп. Задания составлялись на материале школьного курса физики. При интерпретации результатов мы исходили из того, что студент может справиться с заданием, если у него сформированы как логический, так и содержательный компоненты мышления. Если студент не мог справиться с заданием, то его просили дать определения тем физическим терминам, которые встречались в задании. Некоторые студенты уверенно давали определения понятий, но при этом с заданием справиться не могли, это говорит о том, что данный приём мышления у них не сформирован.

При этом выяснилось, что знание студентами содержания физики (определений понятий, формулировок законов) преобладало над умением оперировать этими понятиями. Предметные знания были сформированы в среднем на уровне 54,4 % в экспериментальных и 58,7 % — в контрольных группах, а логические приёмы - на уровне 38,4 % и 32,3 % соответственно. В качестве процента приведён интегрированный и усреднённый по группам результат проверки сформированности таких приёмов как анализ,

обобщение, классификация, а также умения самостоятельно давать определение понятия и решать исследовательские задачи.

Итоговый срез знаний, проведённый в конце III семестра изучения физики, показал, что в тех группах, где студенты обучались по разработанным методикам, увеличились как средний уровень сформированности логических приемов мышления (на 7,8 %), так и усвоение содержания вузовского курса физики (на 6,2 %), в то время как в остальных группах владение логическими приёмами увеличилось незначительно (на 1,4 %), а усвоение содержания даже ухудшилось на 4,5 %. Также у студентов проверялось умение решат!» задачи с недостающими данными и умение переформулировать некорректные задачи. Такие задания сходны с точки зрения применяемых логических приёмов с реальными исследовательскими и отладочными инженерными задачами. С этим заданием в итоге справилось 62 % студентов экспериментальных групп и только 24 % из числа студентов контрольных групп.

Опыт внедрения разработанных методик и анализ полученных результатов позволяют сделать следующие выводы:

1. Применение теории планомерного формирования умственных действий положительно влияет на результаты обучения, при этом структура логических приёмов может служит!, в качестве ООД.

2. Предложенные ме тодики являются эффективными при условии положительной мотивации студентов к обучению и их познавательной активности.

3. Целенаправленное формирование приёмов логического мышления позволяет студентам усваивать содержание физики и овладевать профессиональными компетенциями на более высоком уровне.

4. Содержательная и операциональная составляющие учебной деятельности неразрывно связаны между собой, целенаправленное формирование одной из них положительно влияет на формирование другой.

Библиографический список

1. Гальперин. П.Я. Психология как объективная наука: Под ред. А.И. Подольского / Вступ. статья А.И. Подольского. — М.: Изд-воМПСИ; Воронеж: Изд-воНПО«МОДЭК». 2003. - 480с. -(Серия «Психологи Россини).

2. Леонтьев. А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. — М.: Смысл: Издательский neirrp «Академия», 2004. - 352 с.

3. Семиной, И.11. Методологические проблемы системного научения организации мыслительной деятельности. - В кн.: Системные исследования: Методологические проблемы. Ежегодник. - М.: Наука, 1982. - С. 301-319.

4. Рубинштейн, С.Л. Основы общей психологии. - СПб.: Питер Ком, 1999. — 720 с. (Серия «Мастера психологии»). -С. 324-328.

5. Давыдов, В.В. Виды обобщения в обучении: Логико-пси-хологнческие проблемы построения учебных предметов. - М.: Педагогическое общество России. 2000. — 480 с.

6. Балл, Г.А. Теория учебных задич: Пснхолого-педагогичес-кий аспект. — М.: Педагогика, 1990. — 184 с.

7. Человек и вычнелительнаятехннкл / Под общ. ред. В.М, Глушкова. - Киев: Наукова думка, 1971. — 294 с.

8. Эсаулои, А.Ф. Проблемы решения задач в науке и технике. М.: Изд-во МГУ. 1979. - 200 с.

9. Сазанова. Н.Г. Учебная физическая задача как средство формирования исследовательской и конструкторской деятельности учащихся: методическое пособие для преподавателей. -Омск. Полигр. центр «KAIK 2007. - бб с.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (54) 2007

ского государственного университета им. Ф. М. Достоевского.

ЛАНКИНА Маргарита Павловна, доктор педагогических наук, кандидат физико-математических наук, доцент, профессор кафедры общей физики Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевской).

Статья поступила в редакцию 0.5.08.07 г.

© Н. Г. Сазанова, М. П. Ланкина

В. И. ТРУШЯЯКОВ В. Н. САЮТИН

Омский государственный технический университет

Омский гуманитарный институт

ПРИМЕНЕНИЕ УДАЛЕННОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОВ ГРАВИТАЦИИ

При написании данной статьи рассматривались методы дистанционного образования, в частности, проведение лабораторных работ при дистанционной форме обучения. Были рассмотрены различные подходы к проведению лабораторных работ при данной форме. Например, разработка виртуального практикума на основе языков программирования высокого уровня, или разработка виртуальных лабораторных работ с помощью имеющихся программных средств. В статье описывается разработка лабораторной работы по физике на тему ((Закон всемирного тяготения» на основе удаленной лабораторной установки. В качестве удаленной лабораторной установки выбран образовательный научный спутник. Также в статье описывается программный продукт, с помощью которого можно проводить лабораторную работу, а также обрабатывать данные, полученные со спутника через Интернет. Приведены несколько примеров лабораторных работ на определение массы Земли, в начале студенту дается задача на расчет массы земли по определенным параметрам, затем с помощью моделирующей программы студент проводит виртуальный опыт, после чего в программу вносятся реальные данные со спутника и студент рассчитывает массу Земли на основе этих данных. Это позволяет студенту рассмотреть данную проблему со всех сторон.

10. Беспалько. В.ГІ. Слагаемые педагогической технологии. - М.: Педагогика. 1989. — 192 с.

11. Ланкина, М.П. Методологические основы подготовки специалистов на физическом факультете классического университета: Монография. — Омск: Изд-80 ОмГТУ. 2005. — 356 с.

СЛЗАНОВА Наталья Геннадьевна, ассистент кафедры физики Омского государственного технического университета, аспирант кафедры общей физики Ом-

УДК 629.76.015:533.6

При реализации дистанционных технологий обучения возникает ряд проблем, при этом одной из основных является проведение лабораторных работ. Лабораторный практикум является важнейшим, базовым компонентом процесса обучения при подготовке высококвалифицированных кадров. Роль лабораторных работ подчеркивал еще М. В. Ломоносов, он говорил: «Никоим образом научиться невозможно, не видав самой практики и не принимаясь за химические операции. Цели практикума во всех случаях примерно одинаковы.

Сегодня в учебном процессе применяются различные технологии проведения лабораторных работ. Наиболее распространенным из них является традиционный метод физического модельного эксперимента.

Физические модельные эксперименты в обучении применяются для достижения различных целей,

в соответствии с которыми можно дать их классификацию:

• эксперимент-наблюдение: предназначен для наблюдения учащимися явления, сбора качественных и количественных характеристик, поиска взаимосвязей, описания явления;

• исследовательский эксперимент: предназначен для проверки выводов, сделанных на основе наблюдений;

• прикладной эксперимент: предназначен для применения концепции, проверенной входе исследования. чаще всего предусматривает разработку и использование лабораторной установки.

В последние десятилетия широкое распространение получил компьютерный эксперимент, т.е. виртуальный лабораторный практикум, например, (1}, который реализуется в основном в виде компьютерного моделирования исследуемого физического процесса.