Возможности интерактивной обучающей среды при формировании инженерных компетенций в рамках курса общей физики

ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ ПРОЦЕССОМ. ОБУЧЕНИЕ И ВОСПИТАНИЕ В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

УДК 37.036.5 Ч420.026

Д. В. Баяндин

ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕРАКТИВНОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ИНЖЕНЕРНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ В РАМКАХ КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Рассматривается проблема сопряжения компетенций, заданных в ФГОС различных направлений подготовки и закрепленных за конкретной дисциплиной в учебных планах, и компетенций этой дисциплины, сформулированных исходя из ее собственного содержания и внутренней логики. Обсуждаются роль и возможности информационно-образовательной среды в формировании компетенций, прежде всего для ее интерактивной составляющей. Перечисленные вопросы иллюстрируются на примерах образовательных программ, реализуемых в Пермском национальном исследовательском политехническом университете, в части, касающейся курса общей физики.

Ключевые слова: инженерное образование, компетенции, интерактивные модели, интерактивные задания и тренажеры, обучение физике.

Полноценная реализация компетентностного подхода требует серьезной модернизации системы образования. На сегодняшний день модернизация проявила себя, в основном, в различного рода документах, декларирующих изменение структуры учебной деятельности, а фактически - в сокращении объемов аудиторной работы. В действительности реорганизация учебного процесса имеет множество аспектов, в том числе предполагает серьезное изменение структуры информационно-образовательной среды (ИОС) и расширение ее функций. В первую очередь изменения должны коснуться интерактивных составляющих ИОС, без качественного роста возможностей которых модернизация системы образования невозможна.

1. Компетенции выпускника в соответствии с ФГОС направлений подготовки и компетенции, формируемые курсом физики

В настоящее время в Пермском национальном исследовательском политехническом университете (ПНИПУ) в рамках ФГОС ВО реализуется 85 образовательных программ бакалавриата и специалитета инженерной направленности.

Одной из важнейших фундаментальных дисциплин при подготовке инженера является физика. Косвенно это подтверждается количеством компетенций, закрепленных за курсом физики в учебных планах различных образовательных программ. Данные, приведенные ниже,

© Баяндин Д.В., 2017

демонстрируют, что наборы компетенций, связанные с курсом физики в различных учебных планах, сильно разнятся как содержательно, так и по формулировкам.

Объемы изучения физики на различных направлениях подготовки также отличаются. В соответствии с рекомендациями основополагающего документа [7] в ПНИПУ реализована многоуровневая структура дисциплины «Физика», а именно выделены три уровня изучения базового курса общей физики в объеме 9, 11 и 14 зачетных единиц (ЗЕ). Это, как правило, меньше 300/450/600 часов, рекомендованных в [8] суммарно для базовой и вариативной части, поскольку вариативная часть курса физики предусмотрена весьма немногими учебными планами.

Наборы компетенций, закрепленные за дисциплиной «Физика» в учебных планах различных направлений подготовки, приведены в таблицах 1 - 3 для трех уровней изучения курса.

Таблица 1

Закрепленные за курсом физики (9 ЗЕ) общекультурные и профессиональные компетенции по направлениям подготовки

№ п/п Направление подготовки Код компетенций по ФГОС ВО Формулировка компетенции, приведенная в ФГОС ВО по направлениям подготовки

код наименование

1 2 3 4 5

1 01.03.02 Прикладная математика и информатика ОК-1 Способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции

ПК-1 Способность собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным исследованиям

ПК-2 Способность понимать, совершенствовать и применять современный математический аппарат

ПК-6 Способность формировать суждения о значении и последствиях своей профессиональной деятельности с учетом социальных, профессиональных и этических позиций

ОПК-1 Способность использовать базовые знания естественных наук, математики и информатики, основные факты, концепции, принципы теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой

ОПК-2 Способность приобретать новые научные и профессиональные знания, используя современные образовательные и информационные технологии

2 08.03.01 Строительство ОПК-1 Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и математического (компьютерного) моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ОПК-2 Способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат

3 09.03.01 Информатика и вычислительная техника ОК-7 Способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-2 Способность осваивать методики использования программных средств для решения практических задач

Продолжение табл. 1

1 2 3 4 5

4 09.03.02 Информационные системы и технологии ОК-1 Владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь

ОПК-2 Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ПК-5 Способность проводить моделирование процессов и систем

ПК-23 Готовность участвовать в постановке и проведении экспериментальных исследований

ПК-24 Способность обосновывать правильность выбранной модели, сопоставляя результаты экспериментальных данных и полученных решений

ПК-25 Способность использовать математические методы обработки, анализа и синтеза результатов профессиональных исследований

5 09.03.03 Прикладная информатика ОПК-3 Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин и современные информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности

6 10.03.01 Информационная ОК-8 Способность к самоорганизации и самообразованию

безопасность ОПК-1 Способность анализировать физические явления и процессы для решения профессиональных задач

7 13.03.03 Энергетическое машиностроение ОПК-2 Способность применять соответствующий физико-математический аппарат, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач

ПК-5 Способность участвовать в расчетных и экспериментальных исследованиях, проводить обработку и анализ результатов

8 15.03.01 Машиностроение ОПК-1 Умение использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

9 18.03.01 Химическая технология ОПК-1 Способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности

ОПК-2 Готовность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строения вещества для понимания окружающего мира и явлений природы

ПК-16 Способность планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5

ПК-19 Готовность использовать знания основных физических теорий для решения возникающих физических задач, самостоятельного приобретения физических знаний, для понимания принципов работы приборов и устройств, в том числе выходящих за пределы компетентности конкретного направления

10 19.03.01 Биотехнология ОК-7 Способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-3 Способность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы

11 23.03.03 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов ОПК-3 Готовность применять систему фундаментальных знаний (математических, естественнонаучных, инженерных и экономических) для идентификации, формулирования и решения технических и технологических проблем эксплуатации транспортно-технологических машин и комплексов

12 24.03.02 Системы управления движением ОК-2 Способность использовать базовые положения математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач

и навигация ОК-17 Владение культурой мышления и способность к обобщению, анализу, систематизации, постановке целей и выбору путей их достижения, умение аргументировано и ясно строить речь

ОПК-5 Способность участвовать в работе над инновационными проектами, используя базовые методы исследовательской деятельности

ПК-6 Способность по готовым методикам выполнять теоретические, лабораторные и натурные исследования и эксперименты для решения исследовательских и производственных задач с использованием современной аппаратуры

13 24.03.05 Двигатели летательных аппаратов ОК-1 Владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения

ОК-10 Способность творчески применять основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ОК-13 Способность применять прикладные программные средства при решении практических задач

ОК-14 Способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях

14 27.03.02 Управление качеством ПК-3 Способность применять знание задач своей профессиональной деятельности, их характеристики (модели), характеристики методов, средств, технологий, алгоритмов решения этих задач

15 27.03.05 Инноватика ОПК-7 Способность применять знания математики, физики и естествознания, химии и материаловедения, теории управления и информационные технологии в инновационной деятельности

Таблица 2

Закрепленные за курсом физики (11 ЗЕ) общекультурные и профессиональные компетенции по направлениям подготовки

№ п/п Направление подготовки Код компетенций по ФГОС ВО Формулировка компетенции, приведенная в ФГОС ВО по направлениям подготовки

код наименование

1 2 3 4 5

1 12.03.03 Фотоника и оптоинформат ика ОПК-1 Способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики

ОПК-3 Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения физико-математический аппарат

ОПК-5 Способность обрабатывать и представлять данные экспериментальных исследований

ОПК-6 Способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования

2 13.03.02 Электроэнергети ка и электротехника ОПК-2 Способность применять соответствующий физико-математический аппарат, методы анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач

3 15.03.02 Технологическ ие машины и оборудование ОПК-4 Понимание сущности и значения информации в развитии современного общества, способность получать и обрабатывать информацию из различных источников, готовность интерпретировать, структурировать и оформлять информацию в доступном для других виде

4 15.03.03 Прикладная механика ОПК-2 Способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики

ОПК-3 Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения физико-математический аппарат

5 15.03.04 Автоматизация технологическ их процессов и производств ОК-5 Способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-1 Способность использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления продукции требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда

ОПК-4 Способность участвовать в разработке обобщенных вариантов решения проблем, связанных с автоматизацией производств, выборе на основе анализа вариантов оптимального прогнозирования последствий решения

6 15.03.05 Конструктор-ско-технологи-ческое обеспечение машиностроительных производств ОПК-1 Способность использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления машиностроительных изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда

ПК-1 Способность применять способы рационального использования необходимых видов ресурсов в машиностроительных производствах, выбирать основные и вспомогательные материалы для изготовления их изделий, способы реализации основных технологических процессов, аналитические и численные методы при разработке их математических моделей, а также современные методы

Продолжение табл. 2

1 2 3 4 5

разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически

чистых машиностроительных технологии

ПК-4 Способность участвовать в разработке проектов изделий машиностроения, средств технологического оснащения, автоматизации и диагностики машиностроительных производств, технологических процессов их изготовления и модернизации с учетом технологических, эксплуатационных, эстетических, экономических, управленческих параметров и использованием современных информационных технологий и вычислительной техники, а также выбирать эти средства и проводить диагностику объектов машиностроительных производств с применением необходимых методов и средств анализа

7 21.03.01 Нефтегазовое дело ОК-1 Способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции

ОК-7 Способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-1 Способность осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий

ОПК-2 Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

8 21.05.01 Прикладная ОК-1 Способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу

геодезия ОК-3 Готовность к саморазвитию, самореализации, использованию творческого потенциала

ОПК-5 Способность рецензировать технические проекты, изобретения, статьи

9 21.05.02 Прикладная геология ПК-1 Готовность использовать теоретические знания при выполнении производственных, технологических и инженерных исследований в соответствии со специализацией

ПК-12 Способность устанавливать взаимосвязи между фактами, явлениями, событиями и формулировать научные задачи по их обобщению

ПК-14 Способность планировать и выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования, критически оценивать результаты исследований и делать выводы

10 21.05.04 Горное дело ОПК-4 Готовность с естественнонаучных позиций оценивать строение, химический и минеральный состав земной коры, морфологические особенности и генетические типы месторождений твердых полезных ископаемых при решении задач по рациональному и освоению георесурсного потенциала недр

ОПК-5 Готовность использовать научные законы и методы при геолого-промышленной оценке месторождений твердых полезных ископаемых и горных отводов

ОПК-6 Готовность использовать научные законы и методы при оценке состояния окружающей среды в сфере функционирования производств по эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных объектов

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5

ОПК-9 Владение методами анализа, знанием закономерностей поведения и управления свойствами горных пород и состоянием массива в процессах добычи и переработки твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных сооружений

ПК-1 Владение навыками анализа горно-геологических условий при эксплуатационной разведке и добыче твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных объектов

ПК-16 Готовность выполнять экспериментальные и лабораторные исследования, интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчеты;

ПК-17 Готовность использовать технические средства опытно-промышленных испытаний оборудования и технологий при эксплуатационной разведке, добыче, переработке твердых полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации подземных объектов

11 21.05.05 Физические процессы горного или ОПК-5 Готовность использовать научные законы и методы при геолого-промышленной оценке месторождений полезных ископаемых и горных отводов

нефтегазового производства ОПК-6 Готовность использовать знания о свойствах горных пород и характере их изменения под воздействием различных физических полей при оценке параметров процессов добычи и переработки полезных ископаемых, в том числе при освоении ресурсов шельфа морей и океанов, строительстве и эксплуатации подземных объектов, владением методами анализа, знанием закономерностей поведения и управления свойствами горных пород и состоянием массива

ПК-16 Готовность проводить анализ, патентные исследования и систематизацию научно-технической информации в области добычи и переработки полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений

ПК-17 Готовность выполнять экспериментальные исследования в натурных и лабораторных условиях с использованием современных методов и средств измерений, готовность обрабатывать и интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчеты

ПК-18 Готовность демонстрировать умения использовать технические средства для оценки свойств горных пород и состояния массива, а также их влияния на параметры процессов добычи, переработки минерального сырья, строительства и эксплуатации подземных сооружений

ПСК-1.5 Способность осуществлять экспертизу технических и технологических проектных решений при добыче, переработке полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений и обосновывать внесение в них необходимых изменений

12 22.03.01 Материаловеде ние и технологии материалов ОПК-2 Способность использовать в профессиональной деятельности знания о подходах и методах получения результатов в теоретических и экспериментальных исследованиях

Таблица 3

Закрепленные за курсом физики (14 ЗЕ) общекультурные и профессиональные компетенции по направлениям подготовки

№ п/п Направление подготовки Коды компетенций по ФГОС ВО Формулировка компетенции, приведенная в ФГОС ВО по направлениям подготовки

код наименование

1 2 3 4 5

1 10.05.03 Информационн ая безопасность автоматизиров анных систем ОК-8 Способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-1 Способность анализировать физические явления и процессы, применять соответствующий математический аппарат для формализации и решения профессиональных задач

2 11.03.02 Инфокоммуни-кационные технологии и системы связи ОПК-3 Способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации

ПК-17 Способность применять современные теоретические и экспериментальные методы исследования с целью создания новых перспективных средств электросвязи и информатики

ПК-18 Способность организовывать и проводить экспериментальные испытания с целью оценки соответствия требованиям технических регламентов, международных и национальных стандартов и иных нормативных документов

3 17.05.02 Стрелково-пушечное, артиллерийско е и ракетное оружие ОК-1 Способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу

ОК-7 Способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-1 Способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных требований информационной безопасности

4 18.05.01 Химическая технология энергонасыщенн ых материалов и изделий ОК-7 Готовность к саморазвитию, самореализации, использованию творческого потенциала

ПК-4 Способность к решению профессиональных производственных задач, включающих разработку норм выработки и технологических нормативов расходования сырья, материалов и энергетических затрат, обеспечение требований по стандартизации, сертификации и качеству продукции, совершенствование контроля технологического процесса

5 20.03.01 Техносферная безопасность ОК-10 Способность к познавательной деятельности

ПК-20 Способность принимать участие в научно-исследовательских разработках по профилю подготовки: систематизировать информацию по теме исследований, принимать участие в экспериментах, обрабатывать полученные данные

ПК-21 Способность решать задачи профессиональной деятельности в составе научно-исследовательского коллектива

ПК-22 Способность использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач

ПК-23 Способность применять на практике навыки проведения и описания исследований, в том числе экспериментальных

6 21.05.06 Нефтегазовые техника и технологии ОПК-1 Способность проводить количественный и качественный анализ параметров и контроль физического, химического, экологического состояния природных и технических механизированных, в том числе автоматизированных, систем и социальных систем

Продолжение табл. 3

1 2 3 4 5

ПК-5 Готовность применять процессный подход в профессиональной деятельности

7 22.03.02 Металлургия ОПК-1 Готовность использовать фундаментальные общеинженерные знания

ПК-3 Готовность использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности

ПК-5 Способность выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов

8 24.05.02 Проектировани е авиационных и ракетных ОК-1 Владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения

двигателей ОК-10 Творческое принятие основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ОК-19 Способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень

ОК-21 Способность отстаивать и применять научный подход и анализ проблем во всех видах профессиональной деятельности; противодействовать лженаучным идеям и течениям

ОК-22 Способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности

ОК-23 Осознание преемственности поколений российской школы инженеров-механиков, проявление уважения к историческому наследию

ПК-6 Способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности

ПК-32 Способность разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов и испытаний, проводить обработку и анализ результатов

ПК-34 Способность разрабатывать физические и математические модели исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере деятельности

9 27.03.04 Управление в технических системах ОПК-1 Способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики

ОПК-2 Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат

ОПК-5 Способность использовать основные приемы обработки и представления экспериментальных данных

Окончание табл. 3

1 2 3 4 5

10 28.03.03 Наномате-риалы ОПК-1 Способность применять базовые знания математических и естественнонаучных дисциплин, дисциплин общепрофессионального цикла в объеме, необходимом в профессиональной деятельности, основных законов соответствующих наук, разработанных в них подходов, методов и результатов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ОПК-3 Способность применять основы методов исследования, анализа, диагностики и моделирования свойств наноматериалов и наносистем неорганической и органической природы, в твердом, жидком, гелеобразном, аэрозольном состоянии, включая нанопленки и наноструктурированные покрытия, внутренние и внешние границы раздела фаз, а также физических и химических процессов в них или с их участием

Анализ приведенных выше таблиц показывает, что составители учебных планов, являющиеся представителями выпускающих кафедр вуза, не всегда адекватно устанавливают соответствие между компетенциями ФГОС ВО и дисциплины - как по количеству компетенций, так и по их содержанию.

Так, количество закрепленных за курсом физики компетенций варьируется от 1 до 7 (направление 21.05.04) и даже 9 (направление 24.05.02). При этом единственная заданная в учебном плане компетенция может в действительности не иметь отношения к физике. Например, «понимание сущности и значения информации в развитии современного общества, способность получать и обрабатывать информацию из различных источников, готовность интерпретировать, структурировать и оформлять информацию в доступном для других виде» лишь косвенно относится к физике для направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование». Очевидно, что выпускник по этому направлению должен обладать компетенциями, в большей степени и непосредственно связанными с физикой.

Нередко составители учебных планов приписывают физике специфические общекультурные, информационные или профессиональные компетенции. Скажем, физика должна обеспечить «способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции» (ОК-1 для направлений 01.03.02 и 21.03.01) или «способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации» (ОПК-3 для направления 11.03.02). «Физическими» для направления 21.05.04 считаются компетенции ПК-1 и 17, хотя вся физика в полной мере охватывается компетенциями ОПК-4,5,6,9.

Зато действительно важные компетенции, связанные с физикой, могут быть упущены. Например, по направлению 17.05.02 за физикой закреплены две чисто гуманитарные общекультурные компетенции ОК-1 и 7, а кроме них лишь одна общепрофессиональная, не имеющая непосредственного отношения к физике ОПК-1: «Способность решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных

требований информационной безопасности». Представляется спорным, что лишь в этом состоят связанные с физикой компетенции выпускников направления «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие».

Помимо некорректного задания для фундаментальных дисциплин компетентностей из ФГОС имеется и чисто техническая причина для корректировки наборов и формулировок назначенных компетенций. Ясно, что составление 85 (по числу учебных планов) или даже 27 (по числу направлений подготовки) рабочих программ по одной дисциплине практически невозможно и нецелесообразно. Поэтому Управлением образовательных программ и кафедрой общей физики было принято решение провести анализ закрепленных в учебных планах за курсом физики компетенций и обобщить их в виде небольшого числа унифицированных компетенций. Представлялось очевидным, что при этом целесообразно, по возможности, использовать формулировки, приведенные в примерных программах [8], где были даны 6 общекультурных, 5 общенаучных, 5 инструментальных и 11 профессиональных компетенций, которые курс физики может формировать у выпускника бакалавриата и специалитета.

В результате были сформулированы [4] следующие 4 унифицированные для всех инженерных направлений подготовки дисциплинарные компетенции (УК):

УК-1. Способность к самостоятельной работе с информацией (восприятие, анализ, систематизация, обобщение, устное и письменное изложение), к саморазвитию, приобретению новых знаний и умений, в том числе с использованием современных технологий, к использованию существующих и освоению новых программных средств, обладание общей культурой мышления,

УК-2. Способность научно и обоснованно анализировать проблемы, процессы и явления, относящиеся к дисциплине «Физика», представлять современную картину мира на основе целостной системы естественнонаучных знаний, ставить цель и находить пути ее достижения,

УК-3. Способность использовать знания основных физических теорий для решения фундаментальных и прикладных задач, для понимания принципов работы приборов и устройств, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования, в том числе выдвигать гипотезы, составлять теоретические модели, проводить анализ границ их применимости,

УК-4. Способность планировать и проводить научно-технические эксперименты с использованием современных измерительных приборов и оборудования, применением адекватных экспериментальных и численных методов, оценивать точность измерений, проводить обработку, анализ и интерпретацию данных.

Первая компетенция охватывает все аспекты работы с информацией как таковой, не обязательно относящейся к физике; вторая связана с анализом научно-технических проблем с позиций физики, этапом общего целеполагания в исследовании и его планирования; третья - в основном, с теоретическим исследованием, четвертая - с экспериментальным.

В соответствии с этими унифицированными компетенциями в рабочих программах дисциплины были сформулированы проектируемые результаты ее освоения [4]. Выпускник технического вуза должен:

- знать:

• основные физические явления и основные законы физики, границы их применимости, возможности использования в практических приложениях;

• основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения;

• основные методы физического исследования, в том числе фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки;

• назначение и принцип действия важнейших физических приборов и объектов профессиональной деятельности, средств измерений и контроля;

• методы решения физических задач, соответствующих элементам профессиональной деятельности;

• основные приемы и технологии работы с различными видами информации;

- уметь:

• анализировать и объяснять природные явления и техногенные эффекты с позиций фундаментальных физических представлений;

• указывать, какие законы описывают данное явление или эффект, выделять физическое содержание в прикладных задачах, проводить поиск и систематизацию соответствующей информации;

• истолковывать смысл физических величин и понятий;

• записывать уравнения для физических величин в системе СИ;

• использовать основные понятия, законы и модели физики, оперировать ими для решения прикладных задач;

• работать с приборами и оборудованием, использовать различные методики измерений, обработки и интерпретации экспериментальных данных;

• применять методы физико-математического анализа для решения прикладных задач, использовать адекватные методы физического и математического моделирования и расчета с применением программных средств;

- владеть:

• навыками использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях, методами решения типовых задач;

• навыками применения основных методов физико-математического анализа и математической формализации для решения прикладных задач и поиска необходимой информации;

• навыками правильной эксплуатации основных приборов и оборудования современной физической лаборатории;

• навыками проведения научно-технического эксперимента, обработки, анализа и интерпретирования его результатов;

• навыками использования методов физического и математического моделирования в инженерной практике, анализа и интерпретирования его результатов, в том числе с использованием прикладных программных средств;

• навыками поиска, отбора, систематизации, анализа и обобщения научно-технической

информации, ее интерпретации и представления в виде текстов, таблиц, графиков, диаграмм;

• навыками самообучения и развития в общекультурной и профессиональной сферах.

Очевидно, что для формирования многих компонентов компетенций весьма желательна адекватная поддержка процесса учения внутри информационно-образовательной среды.

2. Информационно-образовательная среда: состояние и необходимые изменения

В 2011 г. при переходе на ФГОС Ученый совет Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) утвердил трехуровневую схему реализации курса физики в следующих объемах: 1) базовый уровень - 9 зачетных единиц (ЗЕ); 2) средний уровень - 11 ЗЕ; 3) высокий - 14 ЗЕ; экзамен имеет вес 1 ЗЕ. Отметим еще раз, что в документе [8] трудоемкость выделенных в нем уровней в среднем существенно выше: уровень 9-11 ЗЕ (примерно 300 часов) именуется минимальным, уровень 14-15 ЗЕ (примерно 450 часов) - базовым, уровень 18-20 ЗЕ (примерно 600 часов) - расширенным. Снижение плановой трудоемкости курса физики в ПНИПУ было предопределено тем, что для базовой части ОПОП на дисциплины бывшего цикла математических и естественнонаучных (МиЕН) дисциплин вуз зафиксировал суммарный объем 36 ЗЕ, тогда как в примерных программах [8] рекомендовано 45 ЗЕ. Вуз установил также, что на аудиторную работу должно приходиться 50 % трудоемкости в среднем по дисциплинам каждого цикла, а количество лекционных часов в среднем по циклу не должно превышать 35 % часов аудиторной работы.

При составлении учебных планов и рабочих программ трудоемкость дисциплины распределялась по семестрам (двум или трем) равномерно.

Распределение часов по видам занятий, полученное при заданных ограничениях объема аудиторной работы, представлено в табл. 4. В течение семестра предусмотрен контроль самостоятельной работы (КСР) студентов, который осуществляется в форме бланочного или компьютерного тестирования; на эту деятельность выделено по 2 часа в семестр для уровней 1 и 3 (имеющих меньшую семестровую трудоемкость) и по 4 часа в семестр для уровня 2. Объем самостоятельной работы студентов (СРС) равен суммарному объему аудиторной работы [4].

Таблица 4

Трудоемкость курса общей физики и распределение часов по видам занятий

Уровень Трудоемкость, ЗЕ Кол-во семестр. изучения Кол-во часов по видам занятий (в каждом семестре) Формы контроля

лекции, ч. практич. занятия, ч. лаб. раб., ч. КСР СРС

Базовый 9 2 24 18 28 2 72 1 зач. с оц., 1 экз.

Средний 11 2 32 18 36 4 90 1 зач. с оц., 1 экз.

Высокий 14 3 24 18 28 2 72 1 зач. с оц., 2 экз.

Формально показанному распределению соответствует недельная загрузка студентов (по схеме: часы лекций/практических занятий/лабораторных занятий): уровень 1 - 1,5/1/2; уровень 2

- 2/1/2; уровень 3 - 1,5/1/2; контроль самостоятельной работы осуществляется для уровней 1 и 3 за счет часов лабораторных занятий, а для уровня 2 - за счет часов лекций.

Проследим тенденции изменения трудоемкости курса физики при переходе на образовательные стандарты третьего и последующего поколений. При обучении специалистов по ГОС-2 лишь для 25 % специальностей пермского политеха трудоемкость курса была ниже 375 часов (минимальный уровень по [8]), для 50 % специальностей составляла от 375 до 525 часов (базовый уровень по [8]) и для 25 % специальностей была выше 525 часов (расширенный уровень). После перехода на ФГОС для 90 % направлений подготовки трудоемкость дисциплины снизилась до минимального уровня и лишь для 10 % соответствовала базовому. Таким образом, в среднем объем изучения физики уменьшился примерно в 1,5 раза, на смену трех- и четырехсеместровым курсам дисциплины пришли, в основном, двухсеместровые. Это означает, что при переходе на четырехлетний срок подготовки студентов экономия года была достигнута, в основном, за счет сокращения дисциплин МиЕН цикла, в том числе за счет курса физики.

В последние два года, впрочем, появилась тенденция к увеличению объема курса физики за счет возврата по ряду направлений подготовки от бакалавриата к специалитету. Соответственно, увеличилось количество групп, изучающих физику на третьем уровне. Однако объемы курса в период действия ГОС-2 были существенно больше.

Приведенные данные по ПНИПУ относятся к курсу физики в базовой части блока дисциплин. В вариативных частях этого блока некоторых ОПОП упоминаются дисциплины, имеющие отношение к физике, однако выпускающие кафедры, как правило, ведут обучение по ним в своих лабораториях самостоятельно, без привлечения преподавателей кафедр физики (их в вузе две). Возможности влиять на содержание и качество таких занятий кафедры физики практически не имеют. В качестве одного из немногих положительных примеров можно привести направление 12.03.03 «Фотоника и оптоинформатика» (направление «Волоконная оптика»), подготовка по которому открыта в 2009 г. при кафедре общей физики. Здесь «физическая составляющая» блока дисциплин имеет суммарную по базовой и вариативной частям трудоемкость 27 ЗЕ, кроме того, значительное число дисциплин бывшего профессионального цикла также имеют прямое отношение к физике.

Избранный большинством выпускающих кафедр минимальный уровень изучения курса физики «...предполагает способность воспроизводить типовые ситуации, использовать их в решении простейших задач. На этом уровне рассматриваются только модельные представления, описывающие достаточно ограниченный круг экспериментальных ситуаций» [8]. Представляется, что этот уровень недостаточен для поддержания уровня исследовательского университета.

В сложившихся условиях возрастает важность развития методического обеспечения занятий и эффективной организации самостоятельной работы студентов. Это означает необходимость развития информационно-образовательной среды (ИОС), появления новых ее качеств и возможностей; в особенности это касается электронной составляющей ИОС.

Понятие электронной информационно-образовательной среды появилось не вчера, однако в научно-методических публикациях существуют отличия его трактовок. Поэтому ниже приведены цитаты из материалов, позиция авторов которых близка к нашей.

«На основании требований федеральных государственных образовательных стандартов, предъявляемых к организациям высших профессиональных образовательных организаций с 2012 года, каждый вуз должен иметь ЭИОС - электронную информационно-образовательную среду. Цель создания ЭИОС - оперативное информирование обучающихся и остальных участников образовательного процесса о ходе обучения, а также обеспечение быстрого обмена данными, касающихся учебного процесса. ЭИОС обеспечивает доступ: к учебным планам, рабочим программам учебных дисциплин, изданиям электронных библиотечных систем и электронным образовательным ресурсам, результатам прохождения обучения, а также к личным кабинетам обучающихся и преподавателей» [10].

«ИОС - системно организованная совокупность информационного, технического и учебно-методического обеспечения, неразрывно связанная с человеком как субъектом образовательного пространства; единое информационно-образовательное пространство, построенное с помощью интеграции информации на традиционных и электронных носителях, компьютерно-телекоммуникационных технологиях взаимодействия, включающее в себя виртуальные библиотеки, распределенные базы данных, учебно-методические комплексы и расширенный аппарат дидактики; совокупность взаимосвязанных подсистем, целенаправленно обеспечивающих педагогический процесс (например, информационная, техническая, дидактическая, методическая)» [9].

В работе [7] названы обязательными следующие компоненты ИОС вуза:

1. Информационно-образовательные ресурсы:

- библиотечные фонды вуза;

- интернет-классы (доступ к Интернету);

- кафедральные фонды (учебно-методические разработки, учебные пособия и др.);

- электронные учебники и пособия, демонстрации, тестовые и другие задания, образцы выполнения проектов.

2. Компьютерные средства обучения:

- компьютерная техника и ее программное обеспечение;

- автоматизированная система контроля знаний.

3. Система управления образовательным процессом:

- учебно-методические комплексы;

- модульный принцип построения курсов дисциплин;

- разработка и внедрение инновационных технологий обучения;

- организация научно-исследовательской работы студентов, участия их в научно-практических конференциях.

Схожие представления об ИОС высказывались в работах [1, 3, 6].

Вузовская информационно-образовательная среда по физике содержит ряд ресурсов глобального, общевузовского и кафедрального уровней. Их состав применительно к дисциплине «физика» в ПНИПУ отображен в табл. 5.

В целях развития ИОС ПНИПУ обе кафедры физики предпринимают шаги в следующих направлениях:

1) подготовка и издание новых печатных учебных и учебно-методических пособий;

2) развитие банка заданий контроля текущих и остаточных знаний с предоставлением студентам возможности тренингов по демонстрационным вариантам тестов;

3) увеличение информационной содержательности Web-страницы кафедр;

4) расширение области применения разработанных элементов виртуальной среды обучения физике - системы модельных демонстраций для сопровождения лекций, комплекса модельных лабораторных работ и комплекса интерактивных тренажеров, предназначенного для формирования базовых знаний, умений и навыков, необходимых для решения физических задач и проведения измерений с помощью основных физических приборов. Последний весьма актуален как инструмент «подтягивания» первокурсников, поскольку уровень обученности абитуриентов с каждым годом явственно падает.

Таблица 5

Состав информационно-образовательных ресурсов по физике в ПНИПУ

Элемент ИОС Назначение и содержание Разработчик / держатель Размещение

Глобальный и общевузовский уровень

Электронный каталог и электронная библиотека ПНИПУ Доступ к учебной литературе: методические и учебные пособия ПНИПУ Сайт библиотеки ПНИПУ http://elib.pstu.ru/

Система удаленной поддержки обучения физике Доступ к электронным образовательным материалам: тексты, модели, тесты Moodle / ПНИПУ Сайт дистанционного обучения ПНИПУ: http://do.pstu.ru/

Online-курс физики Доступ к электронным образовательным материалам: видеоролики, интерактивные задания, тексты, тесты кафедра ОФ ПНИПУ/ ГИРЯП им. Пушкина Сайт Государственного института русского языка им. А.С.Пушкина https://pushkininstitute.ru/ school/external courses/219

Общевузовская система тестирования Контроль СРС ПНИПУ Специализрованные компьютерные классы

Кафедральный уровень

Страница «Информационно-образовательные ресурсы» кафедры ОФ на сайте ПНИПУ Доступ к учебной литературе: методические и учебные пособия, контрольные работы ПНИПУ/ кафедра ОФ http://pstu.ru/title1/faculties/ip mm/of/?sources=1 &cid=70

Кафедральная система видео- и анимационных демонстраций Сопровождение лекций Сервер кафедры ОФ

Система интерактивных модельных демонстраций и заданий «Интер@ктивная физика» в среде Stratum Сопровождение лекций и практических занятий Институт инновационных технологий Сервер кафедры ОФ

Система интерактивных тренажеров и тестов в среде Stratum Поддержка практикума по решению задач, организация СРС Институт инновационных технологий Сервер кафедры ОФ

Индивидуальные коллекции электронных образовательных ресурсов Сопровождение занятий Преподаватели кафедры ОФ Персональные компьютеры преподавателей

Многие вузы, в том числе пермские политехнический и гуманитарно-педагогический университеты, реализуют системы удаленной поддержки обучения. Одним из наиболее часто используемых инструментов при этом является платформа дистанционного обучения Moodle.

В последние годы все большее число вузов расширяет спектр используемых образовательных технологий за счет внедрения в учебный процесс онлайн-курсов. Одним из лидеров в этом направлении является Национальный исследовательский Томский государственный университет. В настоящий момент в НИ ТГУ разработано и реализуется 45 онлайн-курсов, представленных на различных платформах «Открытое образование» (https://openedu.ru/), «Курсера» (https://coursera.org/), «Лекториум» (https://www.lektorium.tv/), Stepik (https://stepik.org), OpenProfession (https://openprofession.ru).

ПНИПУ также принял участие в федеральном проекте по разработке онлайн-курсов на базе Государственного института русского языка им. А.С. Пушкина (ГИРЯП). Сотрудниками четырех кафедр ПНИПУ был разработан цикл «Основы инженерного дела», включающий курсы физики (https://pushkininstitute.ru/school/external_courses/219), теоретической механики, информатики и начертательной геометрии. Назначение курсов - профориентация старшеклассников и поддержка обучения студентов-первокурсников.

К сожалению, используемые при дистанционном и онлайн-обучении технологии обычно достаточно примитивны; реализованные курсы можно назвать «условно-интерактивными». Как правило, обучающимся предоставляется возможность потреблять структурированный (модульная форма представления) теоретический материал в виде иллюстрированных текстов и видеодемонстраций, а также осуществлять самоконтроль качества усвоения материала посредством решения тестов с заданиями простейших типов. Вероятно, такие технологии удовлетворительны для обучения гуманитарным дисциплинам; из более чем 140 курсов, представленных на сайте ГИРЯП, 95 % - если не гуманитарные, то научно-популярные. В то же время для серьезного изучения математики, естественных и технических наук подобных технологий недостаточно.

Отметим, что разработанный в ПНИПУ онлайн-курс физики включает видеозаписи модельных демонстраций, выполненных средствами видеозахвата экрана, и полсотни интерактивных задач, реализованных в Macromedia Flash специально для ГИРЯП. Администраторы сайта были этим шокированы и поначалу даже не хотели выкладывать материал на страницу дисциплины, настолько это выходило за рамки сложившихся традиций. И, следует признать, что действительно эти задачи выглядят на сайте чужеродно, поскольку результаты их решения невозможно отображать в системе статистики сайта и портфолио обучающихся.

Поэтому повторим, системы дистанционного и онлайн-обучения предоставляют малоподходящие для инженерного образования технологии. Главная технологическая проблема - практическое отсутствие интерактива; что же касается текстов, то классические учебники физики содержат тексты заведомо более высокого качества. Другая проблема - неразвитость методики электронного обучения математике, естественным и техническим наукам.

3. Интерактивные технологии для обеспечения реального роста обученности

Сохранение и тем более повышение качества естественнонаучного и технического образования, его интенсификация в условиях ускоряющегося в масштабах планеты научно-

технического прогресса невозможны без использования новых педагогических технологий, в том числе опирающихся на современные информационные технологии. Все более актуальной становится задача последовательной реализации в процессе обучения деятельностного подхода - в том, что касается развития представлений о мироустройстве, причинах и взаимосвязях различных явлений, формирования умений решения задач, получения навыков работы с измерительными приборами и проведения экспериментальных исследований.

Одно из важных направлений развития информационно-образовательной среды связано с разработкой и использованием программных средств учебного назначения, эффективных, интеллектуальных, гибких, методически выверенных, позволяющих варьировать объем и формы представления материала, методику его подачи. Электронные образовательные продукты должны обеспечивать поддержку интенсивных, целенаправленных и контролируемых занятий учащихся, а также тщательную, но доброжелательную проверку приобретенных знаний, умений и компетенций, оценку их системности и систематичности.

При изучении такой сложной дисциплины, как физика, недостаточно, чтобы учащийся только слушал учителя, рассматривал наглядные пособия и наблюдал за ходом демонстрационного эксперимента - во всяком случае, если целью является качественное и результативное (в смысле способности применения знаний) уяснение и усвоение учебного материала. Деятельностный компонент курса физики связан с оперированием текстово-графической информацией, с решением задач и лабораторным практикумом. Но в нынешних условиях педагог не в состоянии пошагово контролировать соответствующие действия учащегося, не в состоянии оценить их точность и самостоятельность. Поэтому мотивированный ученик учится добросовестно, немотивированный же имеет возможность лишь имитировать учение. Продуманное использование компьютерных технологий способствует повышению мотивации и побуждает не имитировать деятельность, а реально ее осуществлять.

Лучшие программные продукты и методики поддерживают интерактивность обучения, деятельностное усвоение знаний, формирование навыков принятия решений. Открывается возможность передать компьютеру ряд выполняемых учителем рутинных функций, прежде всего - повторных объяснений приемов и операций, применяющихся при решении задач, весомой доли тренингов и контроля. Соответственно, появляется время для более творческих видов педагогической деятельности. Достоинствами компьютерных образовательных технологий при изучении физики являются:

- появление новых механизмов развития теоретического мышления;

- визуализация сложных процессов, причем с элементами активности, манипуляционности (в отличие от видео- и телеобучения);

- автоматизация обработки данных эксперимента (пассивная роль компьютера);

- управление натурным экспериментом (активная его роль);

- возможность сочетания экспериментального исследования с построением и изучением идеальной, математической и компьютерной модели;

- проведение численного эксперимента в ситуациях, в которых непригодны стандартные приборы - на очень больших или очень малых временных и пространственных масштабах, а также в тех областях физики, для которых натурный эксперимент в классе или вообще на Земле невозможен;

- расчет задач, аналитическое решение которых сложно или невозможно;

- возможность коллекционирования, обработки и воспроизведения видео-, аудио-, редких полиграфических изображений и другого иллюстративного материала;

- удобство и дешевизна тиражирования программных продуктов по сравнению со средствами обучения, традиционными для данной учебной дисциплины;

- наконец, безопасность: компьютерная система, в отличие от экспериментальной установки, не взорвется, не повлечет материальные и человеческие жертвы.

Информационно-образовательная среда (ИОС) за последнее десятилетие активной информатизации системы образования существенно изменилась, и в наибольшей, пожалуй, степени эти изменения коснулись обучения физике. Роль виртуальной составляющей ИОС курса физики стала весьма заметной, хотя все еще далекой от идеала. Применение программных средств в школе страдает, во-первых, отсутствием системности и фрагментарностью, а во-вторых, превалированием пассивных форм виртуальных учебных объектов (ВУО) - текстов, статичной графики и видео, а также создаваемых на их основе презентаций. Менее трети педагогов применяют анимации и модельные демонстрации, в основном, в режиме фронтальной работы. Чаще, чем ВУО других видов, учителя используют компьютерные тесты с простейшими типами заданий. Между тем потенциал виртуальной составляющей ИОС в части физики очень значителен. В рамках федерального проекта «Информатизация системы образования» (2005-2008 гг.) и помимо него был разработан ряд программных комплексов нового поколения, содержащих высокоинтерактивные объекты - модели и модельные конструкторы, а также задачи и тренажеры с серьезными экспертными системами анализа действий учащегося.

Научно-методическая периодика содержит большое число публикаций, описывающих возможности компьютерных технологий для повышения наглядности при сопровождении лекций, организации виртуального или компьютеризованного лабораторного практикума, локального или дистанционного контроля знаний. При этом практически отсутствуют работы, в которых анализируется эффективность диалоговых компьютерных систем в плане интенсификации процесса формирования представлений, усвоения приемов решения задач и отработки соответствующих умений и навыков в индивидуальном режиме применительно к учебным курсам значительного объема. Причина в том, что электронных учебных пособий, систематически охватывающих интерактивными заданиями курс физики, крайне мало.

Наиболее разносторонняя и эффективная компьютерная поддержка предметного обучения может быть осуществлена на основе полнофункциональной среды, обеспечивающей все фазы учебного процесса, все виды учебно-познавательной деятельности и формы организации занятий, включая самостоятельную работу учащихся. Такая среда должна обладать высокой степенью интерактивности и, значит, основываться на технологиях математического и компьютерного моделирования. Например, данная концепция реализована применительно к школьному и вузовскому курсу физики в электронном издании «Интер@ктивная физика» [5], разработанном Институтом инновационных технологий совместно с кафедрой общей физики ПНИПУ. Этот программный продукт и отдельно его тренажерный компонент в виде модуля для самостоятельной работы студентов входят в число информационно-образовательных ресурсов ИСО ПНИПУ по физике; в таком качестве они указаны в таблице 5.

Основными составляющими системы «Интер@ктивная физика» являются:

1) контент - преимущественно интерактивные модели и задания;

2) инструмент компоновки объектов среды для поддержки занятия;

3) инструмент систематизации знаний учащихся;

4) система интернет-мониторинга результатов их учебной деятельности.

Система содержит интерактивные учебные объектов трех типов:

- интерактивные модели, анимации и видеосюжеты (около 600);

- интерактивные задания, репетиторы и тренажеры (около 700);

- интерактивные тесты (около 100).

Структура полнофункционального электронного средства образовательного назначения (ЭСОН), обеспечивающего поддержку широкого спектра форм организации учебных занятий и видов учебной деятельности, а также виды входящих в его состав ВУО обсуждались и были изображены в виде схемы в работе [3].

В состав ЭСОН входят виртуальные учебные объекты, представляющие собой его содержательное наполнение, и объекты, позволяющие организовать работу пользователя. Выделим следующие компоненты полнофункционального ЭСОН:

- предметно-информационный, представленный описательно-иллюстративной и интерактивной моделирующей частями, из которых первая предназначена для отражения реального мира в рамках изучаемой предметной области, его описания аппаратом учебной дисциплины с целью предъявления готового знания, а вторая - для активного добывания нового знания самим учащимся;

- предметно-процедурный, ориентированный на усвоение и закрепление знаний, выработку умений и навыков, оценку качества этих процессов на основе взаимодействия пользователя с системами интерактивных задач, репетиторов и тренажеров;

- контролирующий - система тестов с блоком ведения статистики;

- системы навигации (навигаторы, справочники, поисковые системы, структурно-логические модели дисциплины, отражающие связи ее понятий и законов);

- система управления обучением и мониторинга.

Системы дистанционного обучения и онлайн-курсы в рамках такой схематизации содержат только описательно-иллюстративную часть предметно-информационного компонента и контролирующий компонент. Для обеспечения в ходе самостоятельного изучения дисциплины эффективного формирования заданных знаний, умений, владений и, в целом, компетенций (первый подраздел данной статьи) этого материала недостаточно, когда речь идет об инженерном или естественнонаучном образовании. В этом случае ключевую роль должны играть интерактивный моделирующий и предметно-процедурный компоненты.

Интерактивные модели и конструкторы предназначены для проведения учебных демонстраций, объяснения физических понятий, законов, явлений, выполнения модельного учебного эксперимента, в том числе аналогичного лабораторным работам. При работе с моделями - как дополнению к классическому лабораторному практикуму - учащиеся осуществляют в режиме диалога с компьютером такие формы деятельности, как наблюдение, сопоставление, обобщение, выбор, анализ результатов, поиск условий для реализации поставленной задачи. Модели должны также сопровождаться финальными заданиями для обратной связи, позволяющими выяснить, понял ли учащийся смысл демонстрации или

модельной работы. Таким образом формируются элементы исследовательских, в том числе экспериментальных компетенций.

С позиций использования ЭСОН как средства усиления деятельностной компоненты процесса учения и его индивидуализации процедурные ВУО - интерактивные задачи и интерактивные тренажеры - являются основным типом учебных объектов, назначение которых состоит в формировании знаний, умений, навыков и компетенций. Экспертная система регламентирует на этапе тренажа необходимые шаги (дает ориентировочную основу действий), позволяет последовательно рассмотреть ключевые ситуации, пройдя их с постепенным повышением сложности заданий, оценивает правильность действий в измененных и нестандартных ситуациях, обеспечивает при необходимости возможность возврата к типовым ситуациям, реализуя цикличность процесса учения, осуществляет детальный контроль, проводит статистическую обработку результатов и отслеживает динамику развития учащихся. Интерактивные задания, репетиторы и тренажеры должны помочь учащимся научиться решать задачи и пользоваться измерительными приборами. В случае неправильных действий учащегося экспертная система подскажет, в чем состоит ошибка. Важно, что процедурные ВУО, построенные на принципах математического моделирования, являются многовариантными, так что один и тот же объект может использоваться неоднократно и разными учащимися.

Более подробно эти вопросы обсуждаются в работе [3], а также в статье [2], посвященной специально проблемам компьютерной поддержки лабораторного практикума.

Список литературы

1. Абросимов А.Г. Современные информационные технологии в организации самостоятельной и неаудиторной работы студентов вузов // Вестник РУДН. Серия: «Информатизация образования». - 2004, №1. - С. 37-45. - URL: http://ido.rudn.ru/vestnik/2004/3.pdf (дата обращения: 16.01.2017)/

2. Баяндин Д.В. Дидактические аспекты применения интерактивных компьютерных технологий в лабораторном практикуме // Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society). - 2015. - Т. 18, № 3. - С. 511-533. - URL: http://ifets.ieee.org/russian/ depository/v18_i3/pdf/13.pdf (дата обращения: 18.01.2017)/

3. Баяндин Д.В. Реализация концепции полнофункциональной предметно-ориентированной среды обучения // Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society). - 2015. - Т. 18, № 4. - С. 574-601. - URL: http://ifets.ieee.org/russian/ depository/v18_i4/pdf/4.pdf (дата обращения: 18.01.2017)/

4. Баяндин Д.В. Унифицированный учебно-методический комплекс дисциплины «Физика». Рабочая программа дисциплины / Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. - 46 с.

5. Интер@ктивная физика. Система активных обучающих сред для средней и высшей школы: учеб. пособие [Электронный ресурс] / Д.В. Баяндин, Н.Н. Медведева, О.И. Мухин [и др.]. - ООО ИИТ. - Электрон. дан. (7,3Гб, 7,9 ГБ). - Пермь: ООО ИИТ, 2012.

6. Оспенникова Е. В. Электронный учебник. Каким ему быть? // Наука и школа. - М.: МПГУ, 2004. № 2. - С. 18-25.

7. Остроумова Е.Н. Информационно-образовательная среда вуза как фактор профессионально-личностного саморазвития будущего специалиста // Фундаментальные исследования. -2011. - № 4. - С. 37-40. - URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=21225 (дата обращения: 16.01.2017).

8. Примерные программы дисциплины «Физика» федерального компонента цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин для ГОС 3-го поколения / Ж.И. Алферов, А.Д. Гладун, А.Д. Суханов и др. - М.: Научно-методический совет по физике при Министерстве образования и науки Российской Федерации, 2009. 32 с.

9. Скибицкий Э.Г. Информационно-образовательная среда вуза: цель или средство в обеспечении качества образования // Труды Современной гуманитарной академии. - 2009. - № 6. - С. 52-67. - URL: http://www.edit.muh.ru/content/mag/trudy/06_2009/06.pdf (дата обращения: 30.11.2017).

10. Электронная информационно-образовательная среда ВУЗа: Moodle&Магеллан . -URL: https://magellanius.ru/eios-vuz/ (дата обращения: 30.11.2017).