Курс физики: опыт реализации компетентностного подхода

Ґ

\

ОБСУЖДАЕМ ПРОБЛЕМУ

И.В. АЛЕКСАНДРОВ, профессор

B.Р. СТРОКИНА, доцент А.М. АФАНАСЬЕВА, доцент

C.В. ТУЧКОВ, доцент Уфимский государственный авиационный технический университет

Курс физики: опыт реализации компетентностного подхода

В статье описан опыт работы кафедры по внедрению в учебный процесс компетентностного подхода при преподавании дисциплины «Физика » в техническом вузе.

Ключевые слова: компетентностный подход, ФГОС ВПО, качество подготовки специалистов, формирование компетенций, методика преподавания, формы и методы контроля, учебно-методическое обеспечение, самостоятельная работа студентов.

Несмотря на масштабы подготовки инженеров в России, реальная экономика испытывает острую нехватку высококвалифицированных специалистов, способных к разработке, использованию и коммерциализации наукоёмких технологий. При этом развитие промышленно-технического потенциала страны, внедрение высоких технологий и обеспечение их трансферта во многом сдерживается недостаточным уровнем компетентности выпускников технических университетов.

Согласно концепции модернизации главной задачей образовательной политики является сохранение и обеспечение высокого уровня фундаментальной подготовки студентов технических университетов, поскольку математические и естественно-научные дисциплины (ЕН-цикл) являются основой для формирования у обучаемых общенаучных, профессиональных, социально-личностных и общекультурных компетенций, дающих им возможность в дальнейшем мобильно ориентироваться в изменяющихся социально-экономических условиях, в достижениях научно-технического прогресса и в результате соответствовать требованиям рынка труда и запросам работодателей [1].

В связи с этим роль дисциплины «Физика », занимающей одно из центральных мест в ЕН-цикле, чрезвычайно велика. В Уфим-

ском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ) трудоемкость ее изучения составляет около 450 часов, что соответствует базовому уровню (БУ). На протяжении многих лет сотрудники кафедры преподают единый курс физики для всех технических специальностей университета. Следует подчеркнуть, что это соответствует рекомендациям научнометодического совета по физике Министерства науки и образования, сформулированным в примерных программах дисциплины «Физика» для ФГОС ВПО [2].

В течение последних трех лет на кафедре ведется работа по разработке и внедрению в учебный процесс компетентностного подхода. В центре такого подхода, существенно меняющего педагогическую парадигму высшего образования, находится студент, а преподаватель из «транслятора» знаний превращается в организатора среды обучения, оптимизирующего образовательный процесс, направленный на формирование у студентов необходимого набора компетенций.

На первом этапе работы по внедрению компетентностного подхода были определены основные задачи физического образования в техническом университете и сформирован в начальном варианте пакет компетенций, который может приобрести студент за время изучения дисциплины

«Физика » [3, 4]. Затем этот пакет был скорректирован с учётом перечня компетенций, представленных в примерных программах дисциплины «Физика» [2] и в международном проекте [5].

Наиболее значимыми общенаучными и инструментальными компетенциями в области физики являются:

знание и понимание сути физических теорий, их логической и математической структуры, способов экспериментальной поддержки, а также физических явлений, описываемых этими теориями;

способность научно анализировать проблемы и явления в области физики;

умение на практике использовать базовые знания и методы физических исследований;

способность самостоятельно приобретать новые знания в области физики, в том числе с использованием современных образовательных и информационных технологий;

владение основными теоретическими и экспериментальными методами физи-ческихисследований и обработки экспериментальных данных;

владение элементами математического моделирования с использованием языков и систем программирования для решения физических задач;

знание областей физики, актуальных для развития современных технологий, осведомленность о методах, применяемых в разных областях техники.

Внедрение компетентностного подхода потребовало разработки принципиально нового учебно-методического обеспечения, основанного на современных образовательных технологиях, которое должно интегрировать две системы обучения: систему обучения знаниям и систему обучения мышлению (сопоставлению, анализу, синтезу, творческой активности), - а также учитывать крайне низкий исходный уровень знаний по физике у большинства абитуриентов.

Учебный процесс по дисциплине «Фи-

зика » можно разделить на следующие важные этапы: усвоение новых знаний, их закрепление и углубление, формирование вышеуказанных компетенций.

Получение и усвоение новых знаний студентами происходит в первую очередь во время лекционных занятий. В связи с тем, что наилучшие результаты в учебной деятельности студентов даёт комбинированное воздействие визуальной и аудиоинформации, на кафедре разработана и внедрена в учебный процесс методика чтения лекций с использованием современных компьютерных технологий [6]. Использование мультимедийной аппаратуры позволяет сделать лекции доступными и яркими, даёт возможность наглядно демонстрировать физические эксперименты и явления, схемы и принципы работы современных приборов, привлечь внимание студентов к фундаментальным достижениям и решениям прикладных проблем физики. Лекции по своей структуре, содержательной насыщенности, оснащённости презентациями сбалансированы для восприятия, оптимизированы для дальнейшего осмысления и усвоения материала большинством студентов. Всё это способствует не только лучшему пониманию студентами физических законов и физических явлений, но и осознанию ими, что без знания физики они не смогут стать профессионалами в своей будущей деятельности.

Закрепление знаний физических законов, выработка умений применять их на практике, понимание физических явлений, формирование у студентов способностей к анализу, синтезу, к исследовательской деятельности, навыков работы в нестандартных ситуациях осуществляются на практических и лабораторных занятиях.

Эффективность обучения неразрывно связана с системой контроля, задающей определенный ритм развития самостоятельной познавательной деятельности студентов, а следовательно, создающей условия для формирования перечисленных компетенций.

116

Высшее образование в России • № 2, 2010

На кафедре разработаны методики проведения практических и лабораторных занятий, позволяющих обеспечить контроль и оценку не только конечного результата, но и, главным образом, процесса обучения, т.е. тех действий, которые совершает студент, осваивая учебный материал [4].

Для этого был создан банк тестовых заданий и задач различного уровня сложности по всем дидактическим единицам (модулям) дисциплины «Физика». Банк постоянно расширяется и совершенствуется. Содержание заданий и задач в банке направлено на формирование у студентов следующих компетенций:

1) знание и понимание физических законов, явлений, формул;

2) умение применять законы и формулы для решения качественных и количественных задач;

3) способность представлять физические законы и явления в виде графических закономерностей и анализировать их;

4) навыки аналитического мышления;

5) способность решать комплексные задачи, требующие синтеза знаний по темам ранее изученного учебного материала;

6) способность к самообразованию.

При разработке тестовых заданий авторы руководствовались соответствующими методическими материалами по их составлению [7, 8].

Разработанная на кафедре компьютерная программа позволяет компоновать варианты контрольно-измерительных материалов (КИМов) для различных целей. По каждой из 22 тем практических занятий в начале семестра создаются новые варианты тестов, которые можно классифицировать как контрольно-обучающие. Каждый тест состоит из 10 заданий, 3 из которых -на воспроизведение, остальные требуют интенсивной мыслительной деятельности, направленной на формирование перечисленных компетенций. Тесты проверяются на надежность и валидность современными математико-статистическими методами.

Темы практических занятий сообщают-

ся студентам заранее. В начале каждого занятия преподаватель очерчивает минимальный круг необходимых по теме физических законов и понятий, привлекая к обсуждению студентов, затем разбирает на доске 7-8 типичных прикладных задач различной сложности, приводя алгоритмы их решений и акцентируя внимание студентов на узловых моментах, используемых законах. (Студенты младших курсов не обладают навыками работы с доской: пишут медленно, мелко, нечетко. За редким исключением их решения требуют корректировки, пояснения и т.п. Ввиду этого приглашение студентов к доске для решения задач не практикуется).

За 30 минут до конца занятия студентам раздаются индивидуальные тесты и предлагается, используя конспекты лекций и любые учебные пособия, ответить на задания тестов. При таком подходе каждое задание, несущее на себе тренировочные функции по выработке определенных компетенций, воспринимается студентами как очередная физическая проблема, самостоятельное решение которой приводит к новому знанию. Результаты тестирования сообщаются на следующем занятии. Правильные ответы на тестовые задания без обоснования их решения не засчитываются.

Подобный текущий контроль позволяет активизировать познавательную деятельность студентов, сформировать у них навыки самообразования, ранжировать студентов по уровню усвоения учебного материала и приобретения ими определенных общенаучных и инструментальных компетенций.

Для подготовки студентов к вышеуказанной форме контроля составлены и изданы сборники тестовых заданий по всем разделам дисциплины «Физика», издано учебное пособие «Физика. Тестовые задания », которому присвоен гриф Научно-методического совета по физике Минобрнауки РФ. В нем помимо краткой теории по каждой теме приведены ответы ко всем тестовым заданиям. С целью активизации вне-

аудиторной самостоятельной работы студентов, формирования у них способности применять знания о физических объектах и явлениях на практике разработаны и изданы учебные пособия по решению задач, сборники индивидуальных домашних заданий по всем разделам дисциплины. В пособиях представлены примеры решения задач различной сложности с демонстрацией возможных подходов и алгоритмов.

В начале каждого семестра по сборникам индивидуальных заданий студентам выдаются пять домашних заданий. Решение этих заданий представляется в развернутом виде в форме отчетов и в некоторых случаях может завершаться устной защитой.

Лабораторный практикум занимает особое место при изучении физики. Именно во время лабораторных занятий студенты учатся работать с современным научным оборудованием, планировать и проводить физические эксперименты, знакомятся с теорией погрешностей, впервые соприкасаются с научно-исследовательской и научно-инновационной деятельностью.

В процессе изучения дисциплины «Физика» студенты УГАТУ выполняют лабораторные работы в 7 учебных лабораториях кафедры. В целом на кафедре имеется свыше 150 лабораторных работ, в том числе виртуальные и исследовательского характера. Часть из них выполняется на реальном оборудовании, а часть на компьютерах с использованием программ имитационного моделирования с максимальной степенью детализации в воспроизведении реального эксперимента. Т аким образом, студенты получают возможность выполнять дидактически полный цикл лабораторных экспериментов. На всех лабораторных занятиях предусмотрен текущий тестовый контроль (бланковый и компьютерный). Составленные к каждой лабораторной работе КИМы включают в себя задания по теории метода, лежащего в основе эксперимента, принципу работы лабораторной установки, расчету погрешности прямых и косвенных измерений.

В процессе составления отчетов и защиты работ студенты учатся адаптироваться к новым ситуациям, сравнивать, устанавливать закономерности, оценивать погрешности измерений, делать выводы о справедливости физических законов и границах их применимости.

На кафедре наработан определенный опыт привлечения студентов к созданию компьютерных программ, которые моделируют физические системы и описывают вычислительный эксперимент [9]. Участие в разработке виртуальных лабораторных работ повышает интерес студентов к изучению физики и способствует более глубокому пониманию анализируемых ими физических явлений.

Для определения успешности изучения студентами дисциплины «Физика » разработана и внедряется в учебный процесс балльно-рейтинговая система оценки качества обучения [10]. При подсчете результирующего рейтинга за семестр суммируются оценки в баллах за текущий контроль на практических занятиях, за выполнение индивидуальных домашних заданий, за проведение экспериментов, составление отчетов и защиту лабораторных работ. При подсчете рейтинга учитываются только те баллы, которые были получены студентами в установленные сроки. За пропуск занятий по неуважительной причине снимаются штрафные баллы, за активность на практических и лабораторных занятиях, успешное выступление на студенческих конференциях, результативное участие в олимпиадах добавляются премиальные баллы.

Студенты технических специальностей УГАТУ изучают физику в течение трех семестров и сдают три экзамена по этой дисциплине. Каждый экзамен можно считать итоговым контролем за семестр или рубежным контролем за период изучения дисциплины. Концептуальной основой модели оценки базового уровня подготовки по любой дисциплине является освоение дидактических единиц этой дисциплины. Физическая подготовка студента считается со-

118

Высшее образование в России • № 2, 2010

ответствующей требованием стандарта, если он освоил все контролируемые дидактические единицы ГОС ВПО по дисциплине «Физика».

Внедрение компетентностного подхода потребовало разработки новых контрольно-измерительных материалов для итогового контроля, позволяющих оценить качество базового уровня физической подготовки студентов и компетенций, сформированных за семестр. Проведенные исследования по изучению эффективности использования различных форм итогового контроля показали, что наиболее оптимальными для этих целей являются экзаменационные билеты смешанной формы [11] . Опыт проведения итогового контроля с помощью подобных КИМов позволил систематизировать количество заданий и их общую структуру, существенно увеличить спектр контролируемых дидактических единиц, значительно улучшить качество используемых тестовых заданий, включить в КИМы новые как по содержанию, так и по форме задания.

В настоящее время экзаменационный билет состоит из 9 заданий, различающихся формой представления и уровнем сложности. Каждый билет включает задания по всем дидактическим единицам разделов дисциплины «Физика», изученных за семестр. Первая часть (А) билета состоит из 6 тестовых заданий в закрытой форме, к которым приводится 5 альтернативных ответов. Вторая часть (Б) содержит один теоретический вопрос и 2 задачи, требующие развернутого ответа и решения. Одна задача из части Б относится к высокому уровню сложности.

В оценке, выставляемой студентам в зачетные книжки, учитываются как результаты ихответов на экзаменационные билеты, так и суммарный рейтинг за семестр.

В текущем учебном году будут переработаны учебные программы в соответствии с рекомендациями, представленными в примерных программах по дисциплине «Физика» для ФГОС ВПО, модернизированы

учебные лаборатории кафедры, поставлены лабораторные работы, в которых учебные установки будут сопряжены с компьютерами. Кроме того, со следующего учебного года планируется начать преподавание дисциплины «Современнаяфизика» на технических специальностях УГАТУ. Для этого разработан учебно-методический комплекс этой дисциплины, создана учебно-научная лаборатория «Современная физика» [4].

Благодаря изложенной схеме реализации компетентностного подхода при преподавании дисциплины «Физика», а также привлечению студентов к реферативной деятельности, к участию в учебно-исследо-вательскойи научно-исследовательской работе появляется возможность повышать качество физического образования, а следовательно, готовить высококвалифицированных компетентных специалистов. Несмотря на низкий уровень школьной подготовки по физике и отсутствие у большинства студентов 1-2-го курсов навыков самообразования.

Литература

1. Компетенции в образовании: опыт проек-

тирования: Сб. науч. трудов / Под ред. А.В. Хуторского. М.: ИНЕК, 2007. 327 с.

2. Примерная программа дисциплины «Фи-

зика» Федерального компонента цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин для ФГОС ВПО. Ис-х. № НМС-09-6 от 08.04.2009 г.

3. Александров И.В., Афанасьева А.М., Стро-

кина В.Р. Компетентностный подход и оценка качества естественно-научной подготовки в инженерном образовании // Школа и вуз: достижения и проблемы непрерывного физического образования: Сб. трудов Российской научно-методической конференции. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2008. С. 9-12.

4. Александров И.В., Афанасьева А.М., Стро-

кина В.Р., Тучков С.В. Об основных задачах физического образования в техническом университете // Физическое образование в вузах. Т. 15. 2009. № 2. С. 25-32.

5. Gareth J. The Tuning Project on competences

in physics - a European perspective. Imperial College London, 2006. Р. 21-22.

6. См.: Александров И.В., Афанасьева А.М.,

Сагитова Э.В., Строкина В.Р. Современные педагогические технологии при изучении курса физики в техническом университете // Инновации в образовании. 2006. № 1. С. 127-131.

7. О сертификации качества педагогических

тестовых материалов: Приказ МО РФ от 17.04.2000 г. № 1122 // Вестник образования. 2000. № 11.

8. Челышкова М.Б. Теория и практика конст-

руирования педагогических тестов: Учебное пособие. М.: Лотос, 2002. 432 с.

9. Хатмуллина М.Т., Чабан И.В., Александ-

ров И.В. Роль виртуального физического эксперимента в повышении качества об-

разования // Проблемы качества образования: Материалы XIX Всероссийской научно-методической конференции. Уфа; М., 2009. С. 135-137.

10. Александров И.В., Афанасьева А.М., Сагитова Э.В., Строкина В.Р. Балльно-рейтинговая система оценки качества обучения в системе зачетных единиц // Высшее образование в России. 2007. № 8. С. 25-27.

11. Александров И.В., Афанасьева А.М., Сагитова Э.В., Строкина В.Р. О современной технологии итогового контроля знаний студентов по физике в техническом вузе // Тезисы докладов научно-методической школы-семинара по проблеме «Физика в системе инженерного образования» и материалы совещания заведующих кафедрами физики технических вузов России. М., 2006. С. 13.

ALEXANDROV I, STROKINA V., AFANASYEVA A., TUCHKOFF S. COMPETENCE-BASED APPROACH IN TEACHING PHYSICS

The results of the professional experience of implementing the competence-based approach in teaching Physics at technical university are presented.

Keywords: competence-based approach, state educational standards, the quality of specialist training, discipline «Physics », quality control, student’s independent work.

О.А. МАЛЫГИНА, доцент Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики

Профессиональная мобильность специалиста: психолого-педагогический аспект

Профессиональная мобильность специалиста анализируется с позиций педагогики и педагогической психологии. Рассматриваются возможности формирования основ профессиональной мобильности будущих выпускников вуза начиная с младших курсов.

Ключевые слова: профессиональная мобильность, социальная мобильность, ключевые компетенции, компетентный специалист, теория деятельности.

В современном обществе важным усло- условий своей профессиональной деятель-

вием успешного социального и профессионального функционирования специалиста является его профессиональная мобильность. Система высшего образования должна, как отмечает А.М. Новиков, учитывать и оперативно приспосабливаться к изменениям рынка труда, обеспечивать такой уровень подготовки, который бы позволял выпускнику адаптироваться к изменениям

ности [1]. Обратимся к рассмотрению понятия «профессиональная мобильность». Для обозначения явлений, характеризующих передвижения социальных групп и отдельных людей внутри социальной структуры общества, социологами был введен термин «социальнаямобильность» (М. Вебер, К. Дейвис, П.А. Сорокин, Т.И. Заславская и др.). По мере изучения указанных