Развитие технических компетенций студентов на основе компьютерных технологий при изучении курса физики

ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ И НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

УДК 53

Т. Ю. Старостина, В. С. Минкин, А. Ю. Садыкова РАЗВИТИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЕТЕНЦИЙ СТУДЕНТОВ НА ОСНОВЕ

КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА ФИЗИКИ

Ключевые слова: компьютерные технологии, фактор успешности, технические компетенции.

В статье приводятся результаты экспериментальных исследований с целью развития технических компетенций студентов при изучении ими всех частей курса физики с применением компьютерных технологий. Анализируются результаты, полученные в процессе обучения по предложенным методикам.

Keywords: computer technology, a factor of success and technical competen^s.

The development of the technical competencies of the students by means of using the computer technologies during studying of all the parts of the general physics is discussed. The results obtained in the framework of the proposed methodic during the process of education are analyzed.

В течение последних лет на кафедре физики КГТУ проводятся экспериментальные исследования по развитию технических компетенций студентов различных форм обучения (дневная, очно-заочная, заочная) при использовании новых компьютерных технологий. В качестве базового контингента были выбраны студенты различных специальностей ИХТИ (всего шесть специальностей - 240701, 240702, 240703, 240501, 280201, 280202). Данный выбор не случаен, он обусловлен тем фактом, что в учебных планах Инженерного химикотехнологического института присутствуют все виды учебных занятий по курсу общей физики, включающие в себя лекции, лабораторные и практические занятия, контрольные работы, коллоквиумы, зачеты и экзамены по всем трем частям курса физики в процессе его изучения в вузе.

Для определения и выбора технических компетенций студентов на основе компьютерных технологий нами была проведена полная оценка динамики успеваемости студентов дневного обучения двух факультетов ИХТИ по всем разделам курса физики при их обучении. При этом была разработана и предложена методика для анализа результатов диагностики успеваемости студентов с учетом новых компьютерных лабораторных работ, компьютерных коллоквиумов, электронного учебника по физике, программированных тестов по разделам «Механика и молекулярная физика», «Электродинамика», «Оптика и строение атома».

За основу были взяты разработанные нами программированные тесты для входящего контроля [1,2]. Тестирование проводилось со студентами в течение нескольких лет после их поступления в КГТУ начиная первого семестра обучения (сентябрь). Полученные нами экспериментальные результаты по входящему контролю приведены (на примере 2008г.) в таблицах 1, 2, 3 (вторая графа таблиц).

Применение входящего программированного контроля в начале первого семестра обучения позволило выявить реальный уровень знаний студентов и сопоставить эти данные со средним баллом итоговой оценки знаний студентов на основе документов о среднем образовании (аттестат, диплом техникума, колледжа). Это позволило рассчитать по группам средний балл по входящему контролю студентов по физике и объединить их (группы) по факторам успешности для дальнейшей оценки динамики их успеваемости.

Для конкретной оценки динамики успеваемости студентов по всем разделам курса физики (ч.1, 2 и 3) и определения факторов успешности нами была предложена система,

разработанная на основе результатов диагностики успеваемости студентов по всем семестрам обучения.

Анализ входящего контроля уровня знаний и определенный средний балл успеваемости студентов по физике (на основе документов о среднем образовании) при организации дальнейшего диагностического исследования выявили три уровня развития базовых технических компетенций (базовых знаний): А - низкий, Б - средний, В - выше среднего. Эти обозначения были положены авторами статьи в аббревиатуру деления учебных групп по уровню знаний. Вторая цифра (см. таблицы 1, 2, 3) обозначает год поступления, а третья -часть (раздел) изучаемого курса физики. Пример: А-8-1 - группа с низким уровнем знаний, 2008 года поступления, 1- раздел «Механика и молекулярная физика (I часть курса физики). Данная аббревиатура приводится во всех таблицах и позволяет легко ориентироваться при сравнении динамики успеваемости и определения факторов успешности для различных потоков и групп студентов по годам обучения.

Учебный семестр по каждому разделу изучаемого курса физики в соответствии с учебным планом делится на 5 этапов. Они включают в себя:

1 этап - входящий контроль уровня знаний студентов. Процедура контроля

осуществляется на основе методики, разработанной авторами статьи и опубликованной в виде учебно-методического пособия «Программированные тесты по разделу «Механика и молекулярная физика» [1,2]. С помощью входящего контроля преподаватель имеет

возможность оценить уровень знаний студентов по школьному курсу физики и выделить наиболее существенные пробелы в знаниях студентов.

2 этап - лабораторный практикум с использованием компьютерных лабораторных работ. Основа их - программа «Открытая физика», разработанная ООО «Физикон» [3], в которой моделируются различные эксперименты. Методические указания к лабораторному практикуму, который расширен нами новыми компьютерными работами, разработан преподавателями кафедры физики.

3 этап - практические занятия (решение задач). Проводится в течение всего семестра, включает в себя аудиторные занятия, индивидуальную работу, выполняемую каждым студентом, и две итоговые контрольные работы.

4 этап - электронный коллоквиум. Следует отметить, что тестовый контроль с использованием компьютера в специально оборудованном компьютерном классе имеет ряд преимуществ перед традиционным: возможность организации систематического контроля большого количества студентов одновременно при небольших затратах времени; возможность организации для студентов самоконтроля без привлечения преподавателей; высокая объективность проверки знаний студентов, ее независимость от преподавателя; возможность поставить перед каждым студентом индивидуальный круг вопросов, охватывающих все темы пройденного раздела.

5 этап - экзамен по данной части курса физики.

По результатам каждого этапа рассчитывался средний балл для каждой группы студентов. Аналогичная работа была проведена для П и Ш семестров обучения по разделам «Электричество и магнетизм» и «Оптика, строение атома и квантовая физика». Все полученные результаты были систематизированы и приводятся ниже в таблицах 1, 2 и 3 по трем частям курса физики. В таблицах приводится средний балл для группы по данному виду учебной нагрузки. В каждой из тестируемых групп было не менее 20 студентов.

Анализ полученных результатов показал, что разработка и внедрение в учебный практикум электронных вариантов лабораторных работ позволяет значительно увеличить эффективность учебной работы студентов за счет выполнения ими тематических фронтальных работ, идущих параллельно с разделами курса общей физики, изучаемого в течение учебного семестра в рамках лекций и проводимых практических занятий по решению задач. Обычно подобного результата сложно добиться в реальном учебном процессе, особенно в разделе

Таблица 1 - Данные по I части «Механика и молекулярная физика»

Институт Инженерный Входящий контроль (после поступл.) Компьютерные лабораторные работы, (3 работы) Решение задач Коллоквиум без пересдачи Экзамен

А8-1 3,0 3,4 3,4 3,5 3,5

Б8-1 3,0 3,4 3,4 3,3 3,5

В8-1 3,5 4,0 3,8 3,7 3,9

Таблица 2 - Данные по II части «Электричество и магнетизм»

Институт Инженерный Входящий контроль (после поступл.) Компьютерные лабораторные работы, (3 работы) Решение задач Коллоквиум без пересдачи Экзамен

А8-2 3,0 3,6 3,4 3,6 3,6

Б8-2 3,0 3,6 3,5 3,6 3,7

В8-2 3,5 3,8 3,85 3,8 3,9

Таблица 3 - Данные по III части «Оптика и строение атома»

Институт Инженерный Входящий контроль (после поступл.) Компьютерные лабораторные работы, (3 работы) Решение задач Коллоквиум без пересдачи Экзамен

А8-3 3,0 3,9 3,8 3,9 3,9

Б8-3 3,0 4,0 3,9 3,8 3,9

В8-3 3,5 4,2 4,0 4,1 4,2

«Механика и молекулярная физика» из-за недостатка достаточного числа фронтальных лабораторных работ и графика их выполнения в учебной лаборатории. Преподаватель в этом случае имеет возможность быстрой проверки знаний теоретической и практической части выполненных лабораторных работ и внесения корректив в рейтинговую оценку знаний студентов по данному разделу. Для выполнения поставленной задачи коллективом авторов статьи были разработаны и внедрены в учебный процесс новые компьютерные лабораторные работы по разделу «Механика и молекулярная физика» [4,5], такие, как: «Движение тел в гравитационном поле сил Земли», «Упругие и неупругие удары, центральные удары», «Проверка выполнения законов сохранения при абсолютно упругом не центральном ударе», «Изучение рассеивания частиц при абсолютно упругих столкновениях с мишенью», «Изучение диффузии броуновской частицы», «Изучение движения молекул через мембрану».

Как показала практика, при изучении курса общей физики студентами с использованием компьютерных технологий наблюдается повышение уровня знаний на всех этапах рубежного контроля, включая экзамен. Особенно наглядно это видно по итогам заключительного, третьего семестра при изучении раздела «Оптика и квантовая физика».

Приведенные для сравнения диаграммы по I и Ш частям курса физики (рис. 1, 2) наиболее наглядно показывают реальные итоги внедрения полного комплекта учебнометодических материалов с использованием компьютерных технологий и позволяют сформулировать факторы успешности и развитие технических компетенций у обучающихся студентов.

Рис. 1 - Показатели успеваемости студентов по итогам изучения I части курса общей физики («Механика и молекулярная физика») с использованием компьютерных технологий на всех этапах учебного процесса за семестр

Рис. 2 - Показатели успеваемости студентов по итогам изучения Ш части курса общей («Оптика и строение атома») с использованием компьютерных технологий на всех этапах учебного процесса за семестр

Применение нового лабораторного практикума с использованием компьютерных программ показывает положительную динамику развития у студентов технических компетенций, которая неразрывно связана с умениями самостоятельно ориентироваться в теоретическом пространстве изучаемой дисциплины, систематизировать свои знания, применять их для решения конкретных практических задач, что является общей целью всех этапов образования высшей школы [6].

Таким образом, включенные авторами в образовательный процесс электронные пособия (электронный лабораторный практикум, электронный учебник и программируемый входящий и текущий контроль) выявили тенденции повышения технических компетенций студентов, необходимых в будущей профессиональной деятельности. Удалось добиться и частичного перевода обучения в процесс самообучения и саморазвития студентов.

В целом у студентов формируются следующие технические компетенции:

- способность к самообразованию;

- способность к профессиональному и жизненному самоопределению;

- способность к самоуправлению;

- способность к анализу и самоанализу;

- критичность и самокритичность мышления;

- самостоятельность и ответственность в принятии решений;

- стремление к самопознанию, самосовершенствованию;

- обладание практическими навыками и умение реализовать их в личностной и профессиональной сфере;

- способность к самореализации.

Литература

1. Минкин, В. С. Информационные и педагогические аспекты использования входящего контроля уровня знаний по физике студентов младших курсов. Программированные тесты по разделу «Механика и молекулярная физика»: Учебно-методическое пособие / В. С. Минкин, Т.Ю. Старостина, Н.А. Кузина, С.А. Казанцев [и др.] - Казань: АртПечатьСервис, 2009. - 46 с.

2. Минкин, В. С. Информационные и педагогические аспекты использования входящего контроля уровня знаний по физике студентов младших курсов. Ответы к Программированным тестам по разделу «Механика и молекулярная физика»: Учебно-методическое пособие / В.С. Минкин, Т.Ю. Старостина, Н.А. Кузина, С.А. Казанцев [и др.] - Казань: АртПечатьСервис, 2009. - 5 с.

3. ООО «Физикон». Программное обеспечение «Открытая Физика 1.1».

4. Старостина, Т.Ю. Лабораторные работы с компьютерными моделями по разделу курса физики

«Механика»: Учебно-методическое пособие / Т.Ю. Старостина, Н.А.Кузина, В.С.Минкин,

С.А.Казанцев, Е.С.Нефедьев - Казань: АртПечатьСервис, 2008г. - 24 с.

5. Старостина, Т. Ю. Лабораторные работы с компьютерными моделями по разделу курса физики «Молекулярная физика»: Учебно-методическое пособие / Т.Ю.Старостина, Н.А.Кузина, В.С.Минкин, С.А.Казанцев, Е.С.Нефедьев - Казань: АртПечатьСервис, 2010г - 40 с.

6. Куприянычева, Н.И. Психологический аспект творческой деятельности студентов в техническом вузе / Н.И. Куприянычева // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, №1. С.303-309.

© Т. Ю. Старостина - асс. каф. физики КНИТУ, starostinastu@mail.ru; В. С. Минкин - д-р хим. наук, проф. каф. физики КНИТУ; А. Ю. Садыкова - канд. физ.-мат. наук, доц. каф. физики КНИТУ.