Диверсификация физических практикумов в российских технических вузах

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Старченко, С.А. Сборник биофизических задач [Текст] / С.А. Старченко, Е.О. Булатова. — Троицк: УГАВМ, 2008. - 74 с.

2. Зуев, П.В. Формирование ключевых компетенций учащихся в процессе обучения физике в шко-

ле [Текст]: метод. пособие для учителей / П.В. Зуев, О.П. Мерзлякова. — Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. пед. ун-та, 2009. — 117 с.

УДК 378.1:53

Н.В. Калачев, Н.М. Кожевников, А.Н. Морозов

ДИВЕРСИФИКАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРАКТИКУМОВ В РОССИЙСКИХ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗАХ

Еще несколько лет назад заголовок этой статьи мог вызвать недоумение, так как в советской, а затем в российской высшей школе существовали четкие критерии того, каким должен быть «хороший» физический практикум в вузах: высокий технический и методический уровень лабораторных работ, широчайший охват физических явлений, тщательное сопоставление результатов экспериментов с теоретическими выводами, включение в учебный эксперимент элементов самостоятельного научного исследования и др. Этим критериям в полной мере соответствовали физические практикумы ведущих вузов страны, таких как МГУ им. М.В. Ломоносова, МФТИ и др. [1—4].

Именно на эти практикумы ориентировались изготовители учебной экспериментальной техники для школ и вузов России. И надо сказать, что свою работу они выполняли вполне удовлетворительно. По крайней мере, во всех учебных заведениях инженерно-технического профиля имелся кабинет физики с типовым набором для опытов.

Результатом такого внимания к эмпирическому компоненту преподавания физики была преемственность фундаментальной подготовки в системе школа — вуз — производство, которая обеспечивала очень высокий по сравнению с другими странами уровень специалистов.

В 1990-х годах положение в социально значимых сферах (образование, здравоохранение, культура) резко изменилось. Был фактически утерян контроль за уровнем преподавания естественно-научных дисциплин в средней и высшей школах. При этом среднее профессио-

нальное образование вообще перестало существовать. Можно констатировать, что сейчас в российской средней школе преподавание физики не соответствует самым минимальным требованиям высшей школы. Например, в 85 % средних школ физика изучается на базовом уровне (а это всего 2 урока в неделю), в то время как ЕГЭ по физике рассчитан на профильный уровень (5 уроков в неделю). В этих условиях ни о какой экспериментальной физике в большинстве школ не приходится и мечтать.

В высшей школе ситуация не лучше. Некоторые направления и профили ВПО вообще исключили физику из учебных программ либо уменьшили ее трудоемкость до катастрофически низкого уровня (1-2 зачетные единицы). И здесь урезание трудоемкости дисциплины ведется в основном за счет физического практикума и практических занятий.

Поэтому необходимо принять неотложные меры по поиску новых методов преподавания физики в вузах. Причем эти методы, по-видимому, должны быть различными для разных категорий студентов. Настоящая статья посвящена обсуждению некоторых из этих мер.

Пропедевтические физические практикумы в вузах

Для того чтобы вчерашние школьники могли успешно изучать физику в вузе, они должны еще в школе непосредственно прикоснуться к окружающему их миру физических явлений. Речь идет не о формулах и определениях, которые пишет и озвучивает школьный учитель, а об умении видеть, чувствовать физику вокруг

^ Научно-технические ведомости СПбГПУ. Гуманитарные и общественные науки 1' 2012

себя. Но в тестах ЕГЭ нет экспериментальных заданий и вопросов, а значит, ни учителя, ни репетиторы не обременяют себя разговором об экспериментальных основах физики.

В этих условиях вузам приходится самим организовывать физический ликбез, создавать пропедевтические курсы физики с «экспериментальным уклоном». Примеры такой деятельности имеются как за рубежом, так и в нашей стране. В частности, в СПбГПУ на кафедре экспериментальной физики проходят регулярные «физические шоу» для школьников старших классов. Сотни школьников из Санкт-Петербурга и области заполняют Большую физическую аудиторию, где в течение полутора часов им показывают опыты по механике, электричеству, оптике и другим разделам физики. Причем в ряде случаев преподаватели используют интерактивный режим, когда школьники непосредственно вовлекаются в ту или иную демонстрацию.

Большую пользу в формировании физического менталитета приносят интерактивные музеи занимательной науки, которые, как грибы после дождя, появляются во всем мире. Есть такие и в Санкт-Петербурге («Лабиринтум», «Умникум»). Экскурсии в них проводят студенты петербургских вузов.

Кроме того, проводимая сейчас в СПбГПУ модернизация физического практикума включает в себя постановку комплексных лабораторных работ, в которых предусматривается проведение экспериментов по школьной программе.

В идеале хотелось бы видеть в коллекции физического практикума вуза все основные лабораторные работы школьного уровня, которые по рекомендации преподавателя студенты могли бы выполнять как в студенческих группах, так и в свободное время, в том числе в рамках дополнительных образовательных услуг. Такая перспектива находится в русле обсуждаемой сейчас в стране концепции перехода к индивидуально ориентированному преподаванию учебных дисциплин в вузах.

Профессиональные компетенции и общий физический практикум

Переход на «уровневую систему» ВПО (бакалавриат — магистратура) в России набирает обороты. Фактически завершено создание государственных образовательных стандартов

3-го поколения (ФГОС-3), которые являются нормативной базой двухуровневой системы. Отметим, что эти стандарты разрабатывались по заданию Минобрнауки авторскими коллективами и утверждались учебно-методическими объединениями вузов. Широкого обсуждения новых стандартов не было.

В отличие от стандартов 2-го поколения, где были прописаны минимальные требования к знаниям, умениям, навыкам, а также к содержанию и уровню освоения программы той или иной дисциплины, основу ФГОС-3 составили так называемые компетенции, которые должны формироваться в процессе изучения основной образовательной программы направления подготовки или профиля. Обычно в ФГОС-3 речь идет об общенаучных компетенциях (способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень; умение самостоятельно изучать новые методы физических исследований; умение пополнять свои знания в области современных проблем науки и техники, в том числе с использованием современных образовательных и информационных технологий; готовность к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сфере деятельности; способность пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения и т. п.) и профессиональных компетенциях (знание основных разделов дисциплины «Физика»; умение использовать их на соответствующем уровне; умение формировать презентации и научно-технические отчеты по результатам деятельности, оформлять результаты в виде статей и докладов на конференциях; понимание различия в методах исследования физических процессов и явлений на эмпирическом и теоретическом уровне, необходимости верификации теоретических выводов, анализа их области применения и т. п.). Как видно, компетенции, перечисленные в ФГОС-3, имеют чрезвычайно общий характер и никак не связаны с конкретикой содержания дисциплины.

В связи с этим особое значение приобретают другие документы, имеющие, правда, рекомендательный характер, в частности примерная программа дисциплины «Физика», разработанная Научно-методическим советом по физике Минобрнауки РФ с участием авторов настоящей статьи. С текстом этой программы можно ознакомиться в сети Интернет [5].

Одним из разделов программы является примерная тематика лабораторных работ физического практикума. Приведенный там список лабораторных работ включает около 60 наименований по пяти основным разделам дисциплины, т. е. примерно по 12 лабораторных работ на каждый раздел. Для трехсеместрового физического практикума это означает возможность еженедельного выполнения лабораторных работ, что вполне достаточно для эффективного освоения вузовской программы по физике.

Как относиться к компетентностному подходу в физическом практикуме? В настоящее время ответить на этот вопрос можно положительно, так как отсутствие нормативного перечня лабораторных работ в ФГОС-3 «развязывает руки» кафедрам, которые в результате могут включать в практикум то, что доступно по цене. Поэтому основной проблемой на современном этапе становится методическое обеспечение лабораторных работ, предлагаемых российскими и зарубежными фирмами-производителями учебной техники.

Проблемно ориентированные физические практикумы

Как сказано выше, в системе среднего общего образования фактически уже произошла диверсификация уровней преподавания: обучение ведется в основном на базовом уровне и лишь кое-где — на профильном. Эти уровни существенно различаются по подготовке школьников. Поэтому вузы должны не только иметь оснащенные физические лаборатории на пропедевтическом и базовом уровнях, но и предоставить возможность хорошо подготовленным студентам изучать физику на более высоком уровне, включая в лабораторные работы элементы научных исследований.

Примером такой организации учебного процесса может служить физическая лаборатория для научно-исследовательской работы студентов (НИРС) в МГТУ им. Н.Э. Баумана [6].

В лаборатории НИРС проводится 70 работ, в которых изучаются фундаментальные законы, явления и эффекты в области электромагнетизма, оптики, квантовой и ядерной физики, физики твердого тела и жидкости. Половина из этих работ — оригинальные разработки кафедры, являющиеся результатом внедрения в учебный процесс научно-исследовательских

работ, проводимых преподавателями и сотрудниками кафедры. Остальные лабораторные работы созданы на базе типовых установок и оборудования, серийно выпускаемых отечественной промышленностью, в том числе НПО «Русучприбор».

Практикум оснащен самыми современными приборами, например в зале установлен лазер на парах меди с мощностью излучения 10 кВт в импульсном режиме, имеется телескоп космических лучей, пьезоэлектрический комплекс для изучения импульсных процессов, стенд для изучения сверхпроводимости, голографическая установка, монохроматоры, осциллографы разных марок и другое оборудование. Широко используются персональные компьютеры с набором программ для моделирования физических процессов, управления экспериментом и обработки экспериментальных данных.

Большинство работ в лаборатории НИРС отличаются от стандартных лабораторных работ тем, что они позволяют не только ознакомиться с тем или иным физическим явлением, но и определить зависимость этого явления от совокупности различных факторов, влияющих на характер и динамику развития физического процесса.

Работа студентов в зале НИРС строится таким образом, что содержит все необходимые компоненты для научного исследования: многопараметрические измерения, современные методы обработки результатов измерений, планирование эксперимента, проведение самостоятельных исследований наряду с задачами и исследованиями, рекомендуемыми в методических указаниях к лабораторной работе.

В лаборатории НИРС созданы условия для выполнения студентами их первых научных исследований, более глубокого изучения курса физики. Продолжительность занятия — 4 академических часа с периодичностью 1 раз в 2 недели. Наличие большого количества лабораторных работ на различные темы дает студенту право выбора работ с учетом его наклонностей и специфики обучения на профилирующем факультете и кафедре, т. е. студент может сам устанавливать себе индивидуальный график прохождения лабораторного практикума.

Лаборатория НИРС, где обучается одновременно до 200 студентов всех факультетов, поль-

Научно-технические ведомости СПбГПУ. Гуманитарные и общественные науки 1' 2012

зуется большой популярностью. Отбор студентов для работы в этом зале ведется на конкурсной основе. Для обучения в III семестре приглашаются прежде всего студенты, получившие на 1-м курсе отличные и хорошие оценки по физике по разделу «Механика, молекулярная физика и термодинамика» и другим дисциплинам, для обучения в IV семестре — студенты, имеющие высокие оценки по результатам учебы в III семестре, в том числе в зале НИРС.

Главнейшей задачей преподавания физики на современном этапе является сохранение эмпирического компонента этой дисциплины,

который связан с лабораторными работами физического практикума и демонстрационными экспериментами на лекциях по физике. Сложное положение с физикой в средней школе приводит к необходимости диверсифицировать уровни экспериментальных работ физического практикума, создавая комплексы лабораторных работ пропедевтического, базового и углубленного уровня с элементами научного исследования. Задача эта, как показано в настоящей статье, вполне разрешима в научно-учебных коллективах, где студенты с первых лет обучения попадают в среду заинтересованных и опытных наставников.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Козлов, В.И. Общий физический практикум. Электричество и магнетизм [Текст]: учеб. пособие / В.И. Козлов. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 270 с.

2. Общая физика: руководство по лабораторному практикуму [Текст]: учеб. пособие. — М.: ИНФРА-М, 2008. — 599 с.

3. Лабораторный практикум по общей физике [Текст]: учеб. пособие. В 3 т. — М.: МФТИ, 2004.

4. Лабораторный практикум по физике [Текст]: учеб. пособие для студентов втузов. — М.: Высш. шк., 1988. — 351 с.

5. Электронный ресурс. — Режим доступа: http:// www/fgosvpo.ru.

6. Афонин, А.М. Лабораторный практикум по физике с доступом через Интернет [Текст] / А.М. Афонин, В.С. Горелик, В.Н. Корниенко [и др.] // Матер. Всерос. конф. «Стратегия развития университетского техн. образования в России». — М.: Изд-во МГТУ, 2000. - С. 147-148.