Профессиональная подготовка выпускника технического вуза по направлению «Физика»

УДК 378.662.14:53

Г. В. Ерофеева, Е. А. Склярова

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВЫПУСКНИКА ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА

ПО НАПРАВЛЕНИЮ «ФИЗИКА»

Рассматриваются вопросы формирования компетенций выпускника технического вуза по направлению 011200 «Физика» (профиль «Физика конденсированного состояния вещества»). Рассмотрены проблемы формирования компетенций и пути их решения на всех этапах обучения бакалавров и магистров. Приведены примеры структурирования материала лекций, схема преемственности моделей и связей отдельных разделов курса физики. Высказаны идеи проверки сформированности компетенций выпускников вуза.

Ключевые слова: образовательные программы, компетенции, формирование компетенций.

Маятник интересов абитуриентов в прошлом столетии отклонился в сторону экономических, гуманитарных и юридических направлений.

В начале XXI в. наблюдается повышение интереса к техническим направлениям и специальностям, в том числе к тем, основу которых составляет физика, химия, биология и математика [1].

И это повышение интереса не в последнюю очередь связано с новыми открытиями последних лет (результаты работы адронного коллайдера, открытие графена и др.). Однако одной заинтересованности, с которой приходят студенты в вуз, недостаточно для их дальнейшего успешного обучения. Карьера выпускника будет зависеть от престижа вуза, подготовленности студента к обучению и организации учебного процесса в высшем учебном заведении, сформированности компетенций выпускника. При этом с первых дней обучения задача вуза будет заключаться в необходимости дать шанс студенту стать успешным. Чтобы учебный процесс был организован на современном уровне и позволил сформировать компетенции выпускника в соответствии с требованиями рынка труда, необходимо прежде всего организовать на высоком профессиональном уровне обучение физике, которая является основой технического образования. Для этого информационный материал по физике должен быть структурирован, должны быть выделены элементы знаний, показаны связи разделов физики (которые сам студент не сможет выделить при самостоятельном изучении), и этот материал должен быть представлен в учебных пособиях и электронном виде (в Интернете, WebСT и др.), чтобы студент мог самостоятельно изучать при необходимости теорию.

На рис. 1 показан пример структурирования материала, элементом которого является лекция по теме «Распределение Максвелла». При этом на лекции каждая выделенная тема рассматривается отдельно, затем структура темы демонстрируется полностью и комментируется преподавателем.

На рис. 2 показана преемственность моделей и связи отдельных разделов курса общей физики, что является чрезвычайно важным, так как позво-

Рис. 1. Элемент структурирования материала лекции по теме «Распределение Максвелла»

ляет сохранить системность знаний по физике (поскольку изучение разделов происходит в разные семестры), повышает мотивацию студентов к изучению дисциплины. В последнее время отмечается, что информационный материал в учебниках физики отстает от современных достижений примерно на 50 лет (ректор МГУ В. Садовничий, «Новости образования и науки», 2011), поэтому материал учебников нуждается в серьезной переработке. Так, раздел физики «Квантовая механика» долгое время был для многих технических специальностей чисто теоретическим разделом.

В свете последних открытий в области наноструктур и связанных с ними вновь открытых направлений и специальностей «Элементы квантовой механики» становятся основополагающим разделом физики. Для бакалавров по направлению 011200 «Физика» разработан новый курс, включенный в учебный план, «Физические основы наноматериалов», в котором рассматриваются элементы физики конденсированного состояния, зоны Бриллюэна, поверхность Ферми, квартовые размерные эффекты, элементы спинтроники, взаимодействия в наноструктурах и др. Включение самых современных разделов физики позволяет студенту в дальнейшем изменять траекторию обучения.

На рис. 3 показана схема согласования программ по физике, математике, химии по последовательности изложения тематики материала. Схема

Рис. 2. Преемственность моделей и связи отдельных разделов курсов общей физики

демонстрирует связи физики, химии и математики и усиливает мотивацию в изучении этих дисциплин. Затруднения студентов в решении задач часто связаны с незнанием математики, а не законов физики, поэтому заинтересованность студентов в изучении математики способствует также и более высокому профессиональному обучению физике.

Многие технические вопросы решаются на стыке наук, поэтому углубленное изучение физики и химии важно студентам как физических, так и химических направлений.

Подготовка выпускников школ по физике оказывается недостаточной для усвоения вузовского курса физики, несмотря на усилия, предпринимаемые в этом направлении [2]. Эту проблему вузы решают введением выравнивающих (пропедевтических) курсов по дисциплинам, задачей которых является согласование информационного материала, в частности курса физики средней школы и курса общей физики вуза [3]. Еще одна проблема студентов младших курсов - отсутствие опыта самостоятельного изучения дисциплин. Эта проблема в немалой

Рис. 3. Схема согласования программ изучения физики, математики, химии по последовательности изложения материала

степени обусловлена тем, что последние годы обучения в школе ученики готовятся к ЕГЭ с учителем, репетиторами, на подготовительных курсах и т. д. Следовательно, в вузе необходимо предусмотреть организацию самостоятельной работы студентов. Формирование компетенций как творческих способностей базируется на развитии самостоятельного мышления. Как указывал П. Л. Капица [4, с. 195], «оно может развиваться в следующих основных направлениях: умение научно обобщать - индукция, умение применять теоретические выводы для предсказания процессов на практике - дедукция, и, наконец, выявление противоречий между теоретическими обобщениями и процессами, происходящими в природе, - диалектика».

Информационный материал пропедевтического курса должен быть выстроен по индуктивному методу с непременным включением и объяснением элементов математики. Исаак Ньютон назвал свой курс «Математические начала натуральной философии», который на современном языке звучит «Основы классической механики», тем самым в названии курса подчеркивается, что разделы «Кинематика» и «Динамика» курса общей физики включают много элементов математики, таких как «Дифференциальное и интегральное исчисления», «Элементы векторной алгебры» и др.

Поскольку еще Ян Амос Коменский [5] указывал, что основой обучения является повторение и контроль, то, следовательно, система для организации самостоятельной работы студентов должна со-

держать информационный материал, достаточный для того, чтобы студент мог найти ответы на предъявляемые ему тестовые задания, помощь в решении задач (Подсказка), справочный материал и др. Задачей программного обеспечения являются комфортный доступ к теоретической информации, «Подсказке», к тестовым заданиям, справочному материалу и организация всей работы студента, как это делает на практическом занятии преподаватель. Кроме того, обратная связь, осуществляемая программным обеспечением, необходима не только преподавателю, но и студенту [6]. Такая обучающая система по физике для студентов и школьников была создана в Томском политехническом университете и введена в учебный процесс [7]. Обучение прошли свыше 15 тыс. студентов всех направлений и специальностей ТПУ Анкетирование студентов и преподавателей, результаты успеваемости свидетельствуют о положительном отношении к обучающей системе и повышении уровня знаний студентов по сравнению с традиционными методами обучения.

Важное значение в профессиональной подготовке студента технического вуза имеет разработка и организация учебного процесса в соответствии с образовательными программами подготовки бакалавров и магистров, которыми определяется формирование профессиональных компетенций будущего выпускника. Программы подготовки по направлению «Физика» - профиль «Физика конденсированного состояния вещества» - разработаны в

соответствии с ФГОС третьего поколения и отвечают международным требованиям (в том числе программы Double Degree), а также международным программам Ассоциации инженерного образования России (АИОР).

В образовательной программе должна быть разработана концепция, определяющая направления всех видов образовательной деятельности кафедры [5]. Для формулирования компетенций выпускника по данному направлению необходимо организовать встречи с работодателями, по результатам которых будут выявлены требования к выпускникам. На основании требований к выпускникам и сформулированных компетенций необходимо разработать учебный план, в который будут включены дисциплины, обеспечивающие формирование компетенций. Преподавателям дисциплин, включенных в учебный план, необходимо оценить вклад дисциплины в формирование компетенций. При этом обязательным этапом разработки программы становится декомпозиция компетенций выпускника по знаниям, умениям и владению опытом. Благодаря этому преподавателю становится ясна его задача по месту дисциплины в общем образовательном процессе. Например, одна из профессиональных компетенций (результатов обучения) магистра по направлению 011200 «Физика» (профиль подготовки «Физика конденсированного состояния вещества») представлена следующим образом: Р1 - магистр должен проявлять глубокие естественнонаучные, математические и профессиональные знания в проведении научных исследований в перспективных областях профессиональной деятельности.

Декомпозиция результата обучения:

Магистр должен знать:

3.1.1. основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности и основные физические и технологические принципы исследования физики конденсированного состояния;

3.1.2. концепции формирования глубокого прогностического понимания фундаментальных проблем и практических методов их решения в области физики конденсированного состояния.

Магистр должен уметь:

У. 1.1. определять, систематизировать и получать необходимые данные в сфере своей деятельности с использованием новейших методов исследования и фундаментальных знаний;

У. 1.2. разрабатывать инновационные теоретические подходы на основе фундаментальных знаний решения нестандартных задач в области профессиональной деятельности.

Магистр должен владеть:

В.1.1. методами физико-математического моделирования процессов и объектов по направлению профессиональной деятельности с использованием

типовых методик и известного программного обеспечения;

В.1.2. способностью к разработке научно и методологически обоснованных схем для научных исследований физики твердого тела.

Этот результат обучения будет формироваться дисциплинами учебного плана магистерской подготовки (таблица).

Фрагмент учебного плана подготовки магистров по направлению 011200 «Физика

№ п.п. Название дисциплины

М1 Общенаучный цикл

М1.Б Базовая часть

М1.Б2. Специальный физический практикум

М2 Профессиональный цикл

М2.Б Базовая часть

М2.Б1. Современные проблемы физики

М2.В Вариативная часть

М2.В1.3 Изотопный, химический и структурный анализ поверхности твердого тела

М2.В.5.1 Дефекты в твердых телах и модифицирование материалов

М2.В1.4 Приборы и установки для анализа твердого тела

М2.В.5.6 Сканирующая зондовая микроскопия

Учебную и научно-исследовательскую практики студенты проходят в подразделениях: Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна), СФТИ (г. Томск), ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск), ИСЭ СО РАН (г. Томск), ИФПМ СО РАН (г. Томск), Физико-технический институт (г. Алматы, Казахстан), а также проходят обучение по обмену в вузах Германии, Бельгии, Италии и Франции. Формирование профессиональных компетенций возможно только при наличии самого современного научного оборудования (на кафедру общей физики был приобретен атомно-силовой микроскоп, который позволяет исследовать поверхность твердого тела на уровне наноструктур).

Одним из важнейших этапов подготовки выпускника является проверка сформированности компетенций. Для данного направления этот вопрос решается несложно, поскольку основными работодателями являются выпускающая кафедра и институты, сотрудники которых работают на кафедре.

Предлагается исследовать подготовку выпускников вузов на основе анализа результатов их успеваемости, публикаций (в журналах и материалах конференций разного уровня), курсовых проектов, защит практики, выпускных квалификационных работ, магистерских диссертаций, дискуссий во время проведения «круглых столов» на ежегодной международной конференции «Перспективы развития фундаментальных наук» (организуется выпускающей кафедрой общей физики ТПУ). Доклады студентов и аспирантов на конференции позво-

ляют оценить степень подготовленности к представлению материалов, способности к анализу литературных источников, оценке полученных результатов и сравнению их с известными данными. Анализ содержания курсовых работ, выпускных квалификационных работ, магистерских диссертаций дает возможность выявить способности вы-

пускников к применению полученных естественнонаучных знаний на практике. Эти способности прописаны в основных образовательных программах подготовки бакалавров и магистров по направлению 011200 «Физика» как компетенции-результаты обучения выпускника вуза.

Список литературы

1. URL: http://www.rg.ru/2012/03/27/ege.html

2. Румбешта Е. А. Система предпрофильной подготовки учащихся в процессе обучения физике в основной школе // Вестн. Томского гос. пед. ун-та (Tomsk State Pedagogical University Bulletin). 2004. Вып. 6. С. 129-134.

3. Ерофеева Г. В., Мельникова Т. Н., Степанова Е. Н. Пропедевтический курс физики для студентов младших курсов: учеб. пос. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2009. 107 с.

4. Капица П. Л. Эксперимент. Теория. Практика. М.: Наука, 1977. 351 с.

5. Коменский Я. А. Избранные педагогические сочинения / под ред. А. И. Пискунова. М.: Педагогика, 1982. C. 361-362.

6. Вавилова О. Л., Зеличенко В. М., Тютерев В. Г. Компьютеризированный контроль качества знаний как эффективное средство повышения познавательной активности студентов // Вестн. Томского гос. пед. ун-та (Tomsk State Pedagogical University Bulletin). 2003. Вып. 4.

С. 86-88.

7. Боев О. В., Воронова Г. А., Жадан В. А. Стандарты и руководства по обеспечению качества основных образовательных программ подготовки бакалавров, магистров и специалистов по приоритетным направлениям развития Национального исследовательского Томского политехнического университета (Стандарт ООП ТПУ): сб. инструктивно-метод. мат-лов / под ред. А. И. Чучалина, Е. Г. Язикова. 2-е изд., расшир. и перераб. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2010. 153 с.

Ерофеева Г. В., доктор педагогических наук, доцент, профессор.

Томский политехнический университет.

Пр. Ленина, 30, Томск, Россия, 634050.

E-mail: egv@tpu.ru

Склярова Е. А., кандидат педагогических наук, доцент.

Томский политехнический университет.

Пр. Ленина, 30, Томск, Россия, 634050.

E-mail: skea@tpu.ru

Материал поступил вредакцию12.04.2012.

G. V Erofeeva, E. A. Sklyarova

PROFESSIONAL TRAINING OF A HIGHER TECHNICAL EDUCATIONAL INSTITUTION GRADUATE SPECIALISING

IN PHYSICS

The article regards issues of building competences of a specialist with higher technical education majoring in physics (professional field 011200 “Physics”, specialisation “Condensed state physics”). Problems of forming competences and their solutions are considered for all stages of training for the bachelor’s and master’s degrees. The work presents examples of structuring lecture material and the scheme of models succession and links between separate units within the course of physics, as well as some ideas for assessing the university graduates’ competences.

Key words: syllabus, competence, competence building.

Eerofeeva G. V.

Tomsk Polytechnic University.

Pr. Lenina, 30, Tomsk, Russia, 634050.

E-mail: egv@tpu.ru

Sklyarova E. A.

Tomsk Polytechnic University.

Pr. Lenina, 30, Tomsk, Russia, 634050.

E-mail: skea@tpu.ru