Методическая система натурного и модельного эксперимента для развития учебной деятельности студентов при обучении общетехническим дисциплинам

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НАТУРНОГО И МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ РАЗВИТИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ

P.M. Чудинский

Статья посвящена разработке и использованию методической системы натурного и модельного эксперимента в процессе организации и развития учебной деятельности студентов при обучении общетехническим дисциплинам. В результате использования методической системы осуществляется развитие учебной деятельности студентов: от коллективной учебной деятельности студентов при наблюдении за демонстрационным (натурным и/или модельным) экспериментом преподавателя до совместной самостоятельной учебной деятельности при выполнении натурного лабораторного (фронтального и лабораторного практикума) эксперимента и индивидуальной самостоятельной учебной деятельности при проведении компьютерного модельного эксперимента.

Ключевые слова: натурный эксперимент, модельный эксперимент, учебная деятельность студентов.

На современном этапе развития образования естественным образом происходит смещение целей обучения. Если до недавнего времени традиционная практика образовательного процесса ставила своей важнейшей задачей приобщение студентов к обобщенному и систематизированному опыту социальной практики общества, и ведущие цели такого образования так или иначе исходили из «социального заказа», то сейчас основной задачей процесса образования является разностороннее, гармоничное развитие личности обучающегося, что предполагает единство ее образованности, воспитанности, общей и профессиональной развитости.

На сегодняшний день изменения, произошедшие в социальной, информационной и технологической сферах, позволяют говорить о кризисе поддерживающего образования, которое явно не соответствует современным, а тем более перспективным требованиям, поскольку не может обеспечить полноценную подготовку человека к новым быстро изменяющимся условиям жизни. При этом традиционная передача и трансляция знаний только преподавателем утрачивает свой смысл. Более того, темпы технологического и научно-технического прогресса таковы, что многие знания устаревают уже в течение 3-5 лет и не учитывать этого в системе образования недопустимо. Поэтому на современном этапе развития образования приоритетным является самостоятельная учебная деятельность (совместная и индивидуальная) студента, развитие умений мобилизовать свой личностный потенциал для ре-

шения различного рода познавательных задач, проблем и разумного нравственно-целесообразного преобразования действительности.

Специфика организации и развития учебной деятельности студентов заключается в том, что усваивается, прежде всего, не кем-то переработанное готовое знание, кем-то предложенное к усвоению, а должны исследоваться условия происхождения этого знания. В этом случае студенты самостоятельно формулируют понятия, необходимые для решения возникшей проблемы, осуществляют сбор, получение, обработку, преобразование и анализ необходимой информации об исследуемом объекте или явлении. В ходе организации такой учебной деятельности студенты осваивают новые виды опыта деятельности: выявление и идентификация проблемы, приобретение навыков исследования и проектирования, сотрудничества, применение известных и создание новых технологий получения продукта, оценка качества результатов ит. д.

В настоящее время в процессе обучения общетехническим дисциплинам обязательно широкое применение учебного эксперимента. Проведенный анализ показал, что на сегодняшний день учебный эксперимент в процессе обучения общетехническим дисциплинам практически сведен на нет, причем этот процесс характерен не только для лабораторного эксперимента, а, в первую очередь, для демонстрационного эксперимента при постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала. Главным образом, это связано с не-

избежным старением материально-технической базы средств эксперимента, их отсутствием или высокой стоимостью. Зачастую, как показывает практика, руководство вуза предлагает профилирующим кафедрам вместо покупки необходимых технических средств эксперимента приобрести персональные компьютеры, не понимая при этом, что ни один персональный компьютер не может полностью заменить необходимые для проведения эксперимента технические средства (экспериментальные установки, приборы, инструменты ит. д.). При этом натурный эксперимент искусственно заменяется компьютерным модельным экспериментом, чего быть не должно.

Эксперимент и наблюдение, являясь важнейшими экспериментальными методами исследования при организации и развитии учебной деятельности студентов при обучении общетехническим дисциплинам, составляют основу системы учебного эксперимента. Система учебного эксперимента в процессе организации и развитии учебной деятельности студентов представляет собой взаимосвязанную совокупность важнейших экспериментальных фактов (элементов содержания), экспериментальных методов технических наук (включая технические средства (приборы, материалы, установки), программные и аудиовизуальные средства), видов эксперимента и организационных форм обучения, воспитания и развития обучающихся. Учебный эксперимент является важным средством для полного, всестороннего и глубокого познания объектов, явлений и систем, составляя основу организации и развития учебной деятельности студентов.

Под учебным экспериментом мы понимаем систему методов, технических и программных средств, предназначенных для получения субъективно новых знаний об объектах природы через проведение характерных экспериментальных исследований и опытов в целях: 1) воспроизведения и воссоздания реальных объектов и систем природы в необходимых условиях; 2) преднамеренного создания новых, искусственных объектов (систем) или моделей; 3) фиксирования, наблюдения, сопоставления, измерения экспериментальных данных, результатов непосредственно с помощью инструментов, аппаратов, приборов и других технических и программных

средств эксперимента. Наряду с принятой за основу классификацией учебного эксперимента (демонстрационный эксперимент, лабораторный фронтальный эксперимент, лабораторный практикум, экспериментальные задачи, внеаудиторные и домашние эксперименты) основным в классификации научного эксперимента является разделение эксперимента в зависимости от характера и разнообразия средств эксперимента и способов их использования на натурный (реальный, прямой) и модельный. Такое разделение является традиционным в естественных и технических науках. При этом как натурный, так и модельный эксперименты могут относиться к любому из классов учебного экспериментов.

В настоящее время складывается современная технология проведения натурного и модельного эксперимента в процессе обучения общетехническим дисциплинам. Мы исследуем данную проблему путем рассмотрения ее через сходство процессов управления и познания, базирующихся на активном отражении и цикличности, на основе исследования, проведенного Р.Ф. Абдеевым [1].

Для исследования методических основ развития учебной деятельности студентов при обучении общетехническим дисциплинам средствами натурного и модельного эксперимента нами разработана методическая система, которая представлена в виде двухконтурной системы (рис. 1). Цель применения данной методической системы заключается в развитии учебной деятельности студентов при исследовании объектов и явлений природы, технических и технологических систем посредством методов эмпирического познания: натурного и модельного эксперимента, обеспечив, тем самым, переход от репродуктивной к исследовательской учебной деятельности. Такие элементы методической системы (ее объективные части, обладающие определенной самостоятельностью), как преподаватель и студенты, находятся во втором контуре, а информация - в первом контуре системы. На пересечении контуров находится еще один элемент - компьютеризированная система средств обучения, включающая в себя средства натурного и модельного эксперимента. Компоненты системы (ее структурная часть, представляющая конкретное проявление связей и отношений в системе): содержание, компьютеризированная система

о

с

а _ и -

я

5 =

а

£

Я

н 2 а ^ _ ю я © -а 5 Н -5

а и

и с Сй

5 5 = о ^ £

а -в 2 8 5 & &

Й £

С =

Я ^

л я а =

ю

ф

т

Рис. 1. Структурно-функциональная схема методической системы натурного и модельного эксперимента в процессе развития учебной деятельности студентов

средств обучения, методы и организационные формы - взаимозависимы и подчинены единой педагогической цели, ориентируя всю систему на ее выполнение.

Приобретение новых знаний и нового опыта деятельности осуществляется во втором контуре механизма управления. Ранее его носителем были, в основном, книги и преподаватели, поэтому студенты получать новое теоретическое знание могли только от них, что отражается также вторым контуром схемы - контуром саморазвития. Получение нового эмпирического знания и нового опыта деятельности при выполнении учебного (на-

турного и/или модельного) эксперимента происходит уже с участием первого контура механизма управления. До появления персонального компьютера и компьютеризированной системы средств обучения, управление в нем, т.е. оценку данных и принятие решений осуществлял при демонстрационном эксперименте преподаватель, проводя обсуждение и анализ результатов с обучающимися, а при лабораторном эксперименте - сами студенты, следуя методическим указаниям к лабораторным работам. Оценка информации «живое созерцание» осуществлялась не только с помощью органов чувств, а с при-

менением различных измерительных приборов, расширяющих человеческие возможности восприятия.

Первый контур представляет собой многократные циклы экспериментального исследования реальных явлений или объектов, материальных и/или идеальных моделей. Во II контуре осуществляется учебная деятельность студентов, включающая в себя отбор и обобщение информации об объекте или явлении на основе натурного и модельного экспериментов. Оба контура представляют собой методическую систему развития учебной деятельности студентов при выполнении натурного и модельного эксперимента во время изложения теоретического материала, лекций, при выполнении лабораторно-практических работ или в процессе внеаудиторной самостоятельной деятельности, путем исследования реальных объектов и систем или их материальных и идеальных моделей.

Для организации и развития учебной деятельности студентов при обучении общетехническим дисциплинам во II контуре методической системы натурного и модельного эксперимента используются следующие педагогические технологии:

- классическое лекционное обучение, где осуществляется взаимодействие препо-

п

давателя И ВСЄХ студентов (^ Студенті) ПРИ

і=1

проведении учебного демонстрационного эксперимента (натурного и модельного) и происходит развитие коллективной учебной деятельности студентов;

- технология «малых групп» - обучение в сотрудничестве, где осуществляется развитие совместной учебной деятельности

студентов В творческих группах

і=2

на лабораторно-практических занятиях при выполнении последними учебного лабораторного (фронтального и лабораторного практикума) эксперимента (натурного и модельного над материальными моделями);

- индивидуальное обучение, где происходит развитие самостоятельной индивидуальной учебной деятельности каждого студента (Студент) на лабораторно-практических занятиях при выполнении учебного лабораторного (фронтального и лабораторного практикума) компьютерного модельного эксперимента, и отчасти, натурного.

Методические основы развития учебной деятельности при проведении демонстрационного (натурного и модельного) эксперимента заключаются в том, что он, во-первых, выступает как источник новых знаний и критерий их истинности, а во-вторых, в его возможности организовать учебную деятельность студентов. Для развития учебной деятельности студентов необходимо создать условия для наблюдения, сравнения, сопоставления, обобщения и вывода. Такие условия могут быть созданы при использовании демонстрационного эксперимента как источника создания проблемных ситуаций и как средства для формирования понятий, законов, теорий, что является основным значением демонстрационного эксперимента при постановке общей дидактической цели и предъявлении учебного теоретического материала. В этом случае преподаватель, ставя перед студентами определенные проблемы, опытно их исследует при активном участии последних, заставляя их продумывать каждый шаг, каждую деталь.

Содержанием учебной деятельности студентов при проведении демонстрационного (натурного и модельного) эксперимента является наблюдение и восприятие информации о демонстрируемом объекте или явлении, ее осмысление, переработка, приводящие к получению новых знаний, нового опыта деятельности. В этом случае новые знания об исследуемом явлении и объекте и новый опыт деятельности не может быть дан обучающимся без их соответствующих усилий, направленных на их приобретение, т. к. овладение ими предполагает определенные качественные изменения в структуре мыслительной деятельности, основанные на личном восприятии студентами соответствующей информации, что обеспечивает ускорение процесса овладения новым знанием.

При этом учебная деятельность студентов выступает как учебное сотрудничество самих студентов в решении учебных задач и проблем посредством демонстрационного эксперимента, чтобы формировался коллективный субъект и реализовался принцип коллективной коммуникативности обучения. В данном случае этот принцип может быть соотнесен с третьим принципом активизации резервной возможностей личности, по Г.А. Китайгородской, - принципом «индиви-

дуального обучения через групповое» [2]. Поэтому в процессе проведения демонстрационного эксперимента схема взаимодействия преподавателя и студентов представляет-

П

ся в виде ^ ^ Si , где 51 - преподаватель,

I=2

Si - студенты, в результате чего образуется единый взаимодействующий коллективный, совокупный субъект.

Развитие учебной деятельности студентов при выполнении лабораторного натурного эксперимента и модельного эксперимента над материальными моделями опирается на педагогическую технологию обучения в сотрудничестве, на основе которой студенты, предварительно объединенные в малые творческие группы по 2-3 человека с учетом индивидуальных и психологических особенностей каждого члена группы, совместно проводят исследования объектов и явлений природы. Все полученные группы студентов примерно одинаковы как по своему численному составу, так и по уровням обученности и обучаемости в разрешении возникших учебных проблем и задач. Внутри каждой творческой группы студентам предоставляется возможность самим определить роли каждого для выполнения лабораторной работы. Роли в каждой группе между студентами распределяются в зависимости от конкретных способов деятельности при проведении учебного натурного лабораторного эксперимента, включая и такую, как оценка активности каждого члена группы в решении общей задачи и культуры общения и взаимопомощи внутри группы.

При выполнении учебного лабораторного эксперимента (натурного и модельного над материальными моделями) развитие совместной учебной деятельности студентов в творческих группах на лабораторно-практических занятиях осуществляется на четырех уровнях, начиная от простой координации отведенной каждому члену группы части общего задания с операциями других членов группы и объединения своей части общего задания путем последовательного связывания внутри общего ряда до специальной организации общего действия, направленного на разрешение возникшей перед группой проблемы, и процессом совместного решения творческих задач, направленных на бо-

лее углубленное исследования объекта или явления.

Развитие совместной учебной деятельности студентов заключается в постепенном переходе от репродуктивной к исследовательской учебной деятельности и позволяет говорить об индивидуализации учебной деятельности каждого студента при выполнении лабораторного эксперимента (фронтальных лабораторных работ и лабораторного практикума), что выражается в проявлении личностного смысла в планируемой учебной деятельности; в свободном выборе и предложении своей роли в учебной деятельности при общем решении проблемы и в подборе средств и способов выполнения своей части проблемы; в выявлении роли каждого студента в совместной учебной деятельности при выполнении лабораторного эксперимента; в приобретении нового опыта деятельности; в проведении рефлексии каждым студентом как своей учебной деятельности (са-морефлексия), так и учебной деятельности остальных членов группы (рефлексия межличностных отношений).

Методические основы развития учебной деятельности студентов при выполнении компьютерного модельного эксперимента характеризуются процессом организации индивидуальной самостоятельной учебной деятельности студентов с применением четырех типов самостоятельных работ (воспроизводящие самостоятельные работы по образцу; реконструктивно-вариативные самостоя-

тельные работы; эвристические самостоятельные работы; творческие (исследовательские) самостоятельные работы), выделенных П.П. Пидкасистым [3].

Самостоятельная работа в процессе выполнения студентами лабораторного эксперимента (фронтальных лабораторных работ и лабораторного практикума) с использованием программных средств компьютерного моделирования является высшей формой учебной деятельности и выступает в качестве специфического педагогического средства организации и управления индивидуальной самостоятельной учебной деятельностью студентов, которая включает в себя и метод научного познания. Предметом учебной деятельности в этом случае являются не источник знания и не дидактическое или методическое назначение самостоятельной работы,

а задача моделирования, которая включена в самостоятельную работу. Значит, сущность самостоятельных работ как специфических педагогических конструкций определяется особенностями познавательных задач и проблем по применению метода моделирования, воплощенных в конкретное содержание типов и видов самостоятельной работы в учебной деятельности студентов.

Самостоятельная работа студента, рассматриваемая как вид индивидуальной учебной деятельности, представляет собой уже не педагогическое явление, а гносеологическое и выступает как специфическая форма учебного и научного познания. Внутренним содержанием такой учебной деятельности является самостоятельное построение студентами способа достижения поставленной перед ним цели, включающая в себя процесс построения модели, экспериментирования с ней, анализ полученных результатов моделирования и экстраполяция их на объект-оригинал. Взаимодействие между студентом как субъектом познания и ситуацией решения новой по своему характеру задачи моделирования при выполнении самостоятельной работы вызывает нарушение равновесия в состоянии наличных знаний, опыта решения таких задач и необходимых знаний и новых способов деятельности в достижении предполагаемого результата. Преодоление этого нарушенного равновесия становится необходимостью для каждого студента и отражается в его сознании как познавательная потребность, которая и служит мотивом к учебной деятельности.

Исследовательская учебная деятельность студента в процессе самостоятельного выполнения лабораторного эксперимента с компьютерными моделями протекает на разных уровнях, причем самая высокая ее ступень - это умения студента: выделить и сформулировать проблему в появившейся перед ним задаче моделирования; выдвинуть новую проблему и разработать план ее решения; определить пути поиска этого решения и план построения эксперимента с использованием необходимого программного средства компьютерного моделирования.

При выполнении компьютерного модельного эксперимента осуществляется развитие индивидуальной самостоятельной

учебной деятельности студентов, происходит повышение их уровня профессионально значимых знаний, экспериментальных умений и навыков, приобретение нового опыта деятельности, развитие творческого и системного мышления, рефлексивных умений и повышение интеллектуального уровня студента, самоорганизации учебной исследовательской деятельности.

Таким образом, развитие учебной деятельности студентов при использовании методической системы натурного и модельного эксперимента в процессе обучения общетехническим дисциплинам представляет собой определенную последовательность, динамику: от развития коллективной учебной деятельности студентов при наблюдении за демонстрационным (натурным и/или модельным) экспериментом преподавателя до совместной самостоятельной учебной деятельности при выполнении натурного лабораторного (фронтального и лабораторного практикума) эксперимента и индивидуальной самостоятельной учебной деятельности при проведении компьютерного модельного эксперимента.

1. Абдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. М., 1994.

2. Китайгородская Г.А. Методика интенсивного обучения иностранным языкам. М., 1982.

3. Пидкасистый П.И. Самостоятельная познавательная деятельность школьников в обучении: Теоретико-экспериментальное исследование. М., 1980.

Поступила в редакцию 19.11.2007 г.

Chudinsky R.M. Methodical system of natural and modeling experiment for development of students’ learning activity while teaching general technical courses. The article deals with development and usage of the methodical system of visual and modelling experiment while organizing and developing students’ learning activity in the process of teaching general technical courses. As a result of using the methodical system the development of students’ learning activity can be seen: from collective students’ learning activity while observing the demonstrative (visual and/or modeling) experiment of a professor to collaborative individual learning activity while making visual lab (frontal and lab practice work) experiment and individual learning activity while making computer modeling experiment.

Key words: natural experiment, modelling experiment, students’ learning activity.