Некоторые аспекты организации и проведения лабораторных работ по физике для студентов-бакалавров с применением интерактивных технологий

УДК 378.147.88

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ-БАКАЛАВРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНТЕРАКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

И.В. Левкин, А.В. Рассказов, Ш.Г. Хусаинов

Аннотация. Предложена методика проведения лабораторных работ по физике для студентов-бакалавров инженерных и технических специальностей с применением интерактивных технологий обучения. В контексте современного развития общества выпускнику вуза необходимо владеть навыками и умениями планирования, постановки и проведения эксперимента, а также критической и многосторонней оценки полученных результатов, владением методики расчета погрешностей, умением анализировать и делать выводы о полученных результатах, навыками работы в команде, а также возможностью прогнозирования результатов опыта. Интерактивные технологии позволяют развить и приобрести все необходимые для этого компетенции, умения и навыки, что дает возможность студенту наиболее полно понять суть физических законов и явлений, не только в теоретическом, но и практическом аспектах обучения.

Ключевые слова: интерактивные формы обучения, формирование, лабораторная работа, подготовка бакалавров, профессиональное образование.

SOME ASPECTS OF THE ORGANIZATION AND CONDUCT OF LABORATORY WORK IN PHYSICS FOR UNDERGRADUATE STUDENTS USING INTERACTIVE TECHNOLOGIES

I. Levkin, A. Rasskazov, Sh. Khusainov

Abstract. The article proposes a technique of laboratory work in physics for undergraduate students of engineering and technical specialties with the use of interactive learning technologies. In the context of the modern development of society, a graduate of the University must have the skills and abilities to plan, organize and conduct an experiment, as well as critical and multilateral evaluation of the results, knowledge of methods for calculating errors, the ability to analyze and draw conclusions about the results, teamwork skills, as well as the ability to predict the results of the experience. Interactive technologies allow to develop and acquire all necessary competences, abilities and skills that gives the chance to the student to understand the essence of physical laws and phenomena, not only in theoretical but also practical aspects of training most fully.

Keywords: interactive forms of education, formation, laboratory work, training of bachelors, professional education.

На сегодняшний день наиболее остро ощущается разрыв между требованиями, предъявляемыми работодателем, и знаниями, полученными в результате обучения в вузе. Тенденции развития и ритм жизни диктует необходимость обладания большим количеством навыков и компетенций для выполнения наиболее важных инженерных задач, что невозможно без проведения практических работ. Это, в первую очередь, касается такой прикладной дисциплины, как Физика.

Важнейшую роль в изучении курса, а именно глубокого понимания не только теоретических основ курса, но и практического их применения играют лабораторные работы. К сожалению, в школах, по результатам опроса, только 28% обучающихся участвовали в проведении опытов и только у 46% опрошенных проводились лабораторные работы. Подобная ситуация является критической для изучения физических

законов и явлений в вузе, поскольку вчерашние выпускники общеобразовательных школ не владеют теорией и практикой постановки эксперимента. А также не могут грамотно оценить полученные результаты. Полностью восполнить этот пробел в знаниях, умениях и навыках представляется актуальной и важной задачей. Поэтому при обучении особое внимание следует уделить методике преподавания лабораторных работ и практических занятий.

Имеющиеся в арсенале педагога методы обучения, а именно: пассивные, активные и интерактивные [5] позволяют решить поставленную задачу в комплексе.

При пассивных методах обучения студент не принимает почти никакого участия в процессе получения знаний, и эти методы постепенно замещаются более прогрессивными и соответствующими современным реалиям.

Активные методы обеспечивают решение образовательных задач в разных аспектах:

- формирование положительной учебной мотивации;

- повышение познавательной активности учащихся;

- активное вовлечение обучающихся в образовательный процесс;

- стимулирование самостоятельной деятельности;

- развитие познавательных процессов — речи, памяти, мышления;

- эффективное усвоение большого объема учебной информации;

- развитие творческих способностей и нестандартности мышления;

- развитие коммуникативно-эмоциональной сферы личности обучающегося;

- раскрытие личностно-индивидуальных возможностей каждого учащегося и определение условий для их проявления и развития;

- развитие навыков самостоятельного умственного труда;

- развитие универсальных навыков [4].

Таким образом, полностью раскрываются

потенциал и возможности студента, что, в свою очередь, отражается на получении им знаний и навыков, которые пригодятся в будущем.

Следует отметить, что подобные методы не реализуют полного понимания процесса, поскольку в основе своей сводятся к теоретической подготовке и дают обширные, но не прикладные знания [6].

Наиболее эффективными методами обучения являются интерактивные методы, задачами, которые они помогают решить, являются:

- пробуждение у обучающихся интереса;

- эффективное усвоение учебного материала;

- самостоятельный поиск учащимися путей и вариантов решения поставленной учебной задачи (выбор одного из предложенных вариантов или нахождение собственного варианта и обоснование решения);

- установление взаимодействия между учащимися, обучение работе в команде, умение проявлять терпимость к любой точке зрения, уважать право каждого на свободу слова, уважать его достоинство;

- формирование у обучающихся мнения и отношения;

- формирование жизненных и профессиональных навыков;

- выход на уровень осознанной компетентности студента [1].

Проведение лабораторных занятий в интерактивной форме требует предварительной

подготовки не только от преподавателя, но и от студента, что позволяет полно и четко сформировать понимание вопроса или темы.

Ярким примером интерактивного метода обучения является лабораторная работа. Прежде чем приступить к выполнению работы, студент получает основные (обзорные) материалы по теме на лекциях и обладает необходимым набором теоретического материала.

Следующим этапом является самостоятельная подготовка к лабораторной работе, написание конспекта, работа с различными источниками информации, разбор конкретных физических законов и прикладных формул, которые будут необходимы при расчете лабораторной работы.

Во время аудиторной работы студент под руководством педагога собирает модель установки, проверяет её работоспособность и производит серию экспериментов, занося результаты в таблицы. При этом студент уже самостоятельно может прогнозировать результат эксперимента и исключать «грубые» погрешности из своих расчетов. На данном этапе происходит реальное объединение теоретических знаний и практических навыков обучающегося.

Обработка полученных измерений также играет важную роль в освоении курса дисциплины. Студент имеет возможность сравнить полученные опытным путем данные с теоретическими расчетами по общим формулам и, проанализировав их, прийти к выводам, где была допущена ошибка, или какие факторы были не учтены при расчете. Таким образом, реализуется навык критической оценки полученных результатов, что для экспериментатора является важным шагом к пониманию последующих шагов к решению поставленной задачи.

На завершающем этапе студент совместно с преподавателем обсуждает полученные результаты и отвечает на теоретические вопросы о сущности явлений, которые были проработаны им на лабораторной установке.

Подобная техника проведения лабораторных работ, к сожалению, сильно

индивидуализирована и не позволяет отработать навыков командной работы студентов. Поэтому наибольшую результативность дает следующий метод проведения лабораторных работ.

Студенты, получившие теоретические знания на лекциях и отработав решения задач на практических занятиях, то есть, по сути, поняв теоретическую основу законов, разделяются на группы от 3 до 6 человек, так называемые «бригады», и в составе «бригады» переходят к лабораторным работам.

Целью подобного разделения является не только возможность работы в команде, но и расширение общего объёма полученных знаний, поскольку каждый из членов «бригады» пользуется различными источниками, что в совокупности помогает получить наиболее полное и достоверное представление об изучаемом вопросе или явлении.

Далее студенты получают методические указания по лабораторной работе и самостоятельно готовят конспект, который должен включать в себя:

- название лабораторной работы, поскольку большинство установок, на сегодняшний день выпускаемых для лабораторных работ -многопрофильны;

- цель работы, в которой коротко и ёмко сформулирована поставленная задача, которая будет решаться в процессе выполнения, что отражает понимание студентом поставленного вопроса;

- основные формулы, по которым будет производиться расчет, а также отражен механизм получения расчетных формул из общих случаев к частным, которые используются в лабораторной работе;

- схема установки, которая необходима для предварительного понимания и визуализации (пока что в теории) проводимого эксперимента;

- таблицы для внесения полученных показаний и расчетных значений.

Перед проведением лабораторной работы рекомендуется также ознакомиться с теорией погрешностей прямых и косвенных измерений; это позволит с большей точностью оценить полученные результаты и проработать основные ошибки измерений, которые могут быть исключены ещё на этапе подготовки к эксперименту.

Особое внимание при выполнении конспекта рекомендуется обратить на вывод расчетных формул и их сравнение с теоретическими, которые лягут в основу вывода о полученных результатах.

Во время аудиторной работы «бригада» с подготовленным конспектом знакомится с устройством лабораторной работы, совместно с преподавателем проводит некоторое количество опытов и приступает к выполнению работы. В ходе выполнения участники обмениваются мнениями и теориями, а также, снимая показания, уже заранее имеют возможность предсказать полученные результаты, поскольку теоретические формулы уже содержатся в конспекте.

Наибольший интерес представляют прямые измерения, поскольку именно от их

достоверности будут зависеть результаты эксперимента. Студенты имеют возможность самостоятельно принимать решения о внесении их в расчетные таблицы.

После того, как студенты сняли показания, они приступают к расчетам.

Проведение расчетов также является важной составляющей лабораторной работы. Анализ полученных данных прямых измерений позволяет избавиться от «грубых» погрешностей, а также оценить точность полученных результатов, что, в свою очередь, даёт понимание точности проделанной работы, величины отклонения от среднего значения и возможность применения полученных данных для дальнейших расчетов. Второй частью расчетов является вычисление косвенных величин, которые выступали целью выполнения работы. Расчет погрешностей косвенных величин достаточно сложен, поэтому для их оценки рекомендуется использовать только абсолютную и относительную погрешности, которые в достаточной мере характеризуют полученные результаты. На завершающем этапе студент сравнивает полученные расчетные величины с теоретическим результатом вычислений и делает вывод о том, по какой причине возникли отклонения, какие факторы вмешались в ход проведения эксперимента и каким образом можно их лимитировать.

После обработки результатов измерений студенты «бригадой» проходят защиту работы у преподавателя, причем не только расчетной (практической), но и теоретической частей лабораторной работы, решают предложенные аналогичные задачи и проверяют достоверность полученных в лабораторной работе данных.

При организации процесса выполнения лабораторных работ подобным образом максимально эффективно используются все навыки студентов, у них пробуждается интерес к исследовательской деятельности, эффективно используются полученные теоретические знания [2;3] Самостоятельный поиск решения поставленной задачи повышает самооценку и развивает навыки работы в команде. Нахождение верного результата и его критическая оценка также являются неотъемлемой частью работы, что стимулирует обучающихся к поиску не одного, а нескольких возможных вариантов решения поставленной задачи.

Применение активных и интерактивных технологий обучения в вузе является приоритетной задачей в условиях реализации ФГОС 3+. Для чего необходимо разработать подробные методики проведения лабораторных

работ, которые бы позволили студентам не только механически отработать заданные темы, а как можно глубже понять сущность физических законов и явлений. Предложенный метод

выполнения лабораторных работ позволяет обучающимся реализовать свой творческий и научный потенциал, а также развить навыки лидерства и умения работы в команде.

Литература:

1. Активные и интерактивные образовательные технологии (формы проведения занятий) в высшей школе: учебное пособие; сост. Т.Г. Мухина. - Н. Новгород: ННГАСУ, 2013. - 97 с.

2. Григораш О.В., Трубилин А.И. Интерактивные методы обучения в современном университете // Научный журнал КубГАУ. - 2014. - № 101(07). - С. 1-17.

3. Деева Е.М. Применение современных интерактивных методов обучения в вузе: практикум / Е.М. Деева. - Ульяновск: УлГТУ, 2015. - 116 с.

4. Кудинов С.И. Активные методы обучения: учебное пособие / С.И. Кудинов, С.С. Кудинов, И.Б.

Кудинова. - Москва: РУДН, 2017. - 172 с.

5. Миэринь Л.А. Современные образовательные технологии в вузе: учеб.-метод. пособие / Л.А. Миэринь, Н.Н. Быкова, Е.В. Зарукина. - СПб.: Изд-во СПбГЭУ, 2015. - 169 с.

6. Тихонова О.В. Применение интерактивных методов в образовательной среде / О.В. Тихонова, А.М. Парахин // В сборнике «Современные аспекты гуманитарных, экономических и технических наук. Теория и практика» / Материалы XV Международной научно-практической конференции. - 2016. - С. 199200.

Сведения об авторах:

Левкин Иван Вячеславович (г. Москва, Россия), ассистент кафедры физики, ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: levckiniv@yandex.ru

Рассказов Андрей Васильевич (г. Москва, Россия), старший преподаватель кафедры физики, ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: avrasskaz@mail.ru

Хусаинов Шаукат Габдулхакович (г. Москва, Россия), доктор педагогических наук, профессор, профессор кафедры физики, ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: shaukat-husainov@yandex.ru

Data about the authors:

I. Levkin (Moscow, Russia), assistant of physics department, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University», e-mail: levckiniv@yandex.ru

A. Rasskazov (Moscow, Russia), senior lecturer of physics department, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University», e-mail: avrasskaz@mail.ru

Sh. Khusainov (Moscow, Russia), Doctor of pedagogical Sciences, Professor, Professor at the Department of Physics, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Russian Timiryazev State Agrarian University», shaukat-husainov@yandex.ru