Концепция модульной программы по физике для бакалавров технических направлений

УДК 378.147:53

А. Н. Верхозин, Т. Н. Михайлусова

концепция модульной программы по физике для бакалавров технических направлений

Обсуждается принцип модульного построения курса физики и программы по физике для бакалавров по направлениям «Электроэнергетика и электротехника» и «Строительство» в условиях резкого уменьшения числа учебных часов, отводимых на изучение дисциплины.

Ключевые слова: предметные компетенции, модульное обучение физике.

Согласно образовательным стандартам, целью изучения дисциплины «Физика» на технических факультетах является «широкая теоретическая подготовка в области физики, позволяющая ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающая возможность использования новых физических принципов в тех областях техники, в которых они специализируются».

Провозглашаются следующие задачи курса:

- формирование у студентов научного мышления и современного естественнонаучного мировоззрения;

- освоение законов классической и современной физики и методов физического исследования;

- приобретение навыков решения конкретных физических задач, помогающих студентам в дальнейшем решать инженерные задачи;

- умение работать с современной научной аппаратурой.

Изучение дисциплины направлено на формирование известных профессиональных и общекультурных компетенций. Напомним, что компетенции — это знания, умения и навыки, необходимые для решения профессиональных теоретических и практических задач. В программах прописано, что именно студенты должны знать, уметь и чем должны владеть.

Национальная образовательная доктрина в Российской Федерации предполагает повышение роли высших учебных заведений в формирующейся инновационной среде. Система образования должна, по мнению авторов доктрины, обеспечить «подготовку высокообразованных людей и высококвалифицированных специалистов, способных к профессиональному росту и профессиональной мобильности в условиях информатизации общества и развития новых наукоемких технологий» [1]. Университеты рассматриваются как центры интеграции науки, образования и культуры, осуществляющие преимущественно фундаментальные исследования и подготовку профессионалов для научно-технической деятельности по широкому спектру технических направлений и специальностей.

Традиционный информационный подход в обучении постепенно заменяется компетентностным. В инженерном образовании предполагается переход к постановке задач системно-понятийного освоения профессиональных и общих компетенций. Подготовка высокопрофессионального специалиста (бакалавра) тесно связана с повышением эффективности процесса обучения физике, поскольку физика является

научной основой всех дисциплин технического профиля (электротехники, радиотехники, микроэлектроники, строительной механики, материаловедения, сопротивления материалов, прикладной механики, теоретической механики, геофизики и др.), имеет мощный гуманитарный потенциал и связана с гуманитарными и экономическими дисциплинами (философией, историей, экономикой и др.).

Особенностью учебного процесса на технических факультетах университета является практическая направленность курса физики: выпускник университета (бакалавр и специалист) должен быть готов к инновационной инженерной деятельности, к разработке и созданию новых технологий, основанных на законах физики. Между тем, в течение ряда лет наблюдается неуклонное снижение уровня подготовки по физике как абитуриентов, так и студентов. В связи с переходом на двухуровневую систему резко сократилось число часов, отводимых на изучение физики. Число аудиторных занятий при переходе к подготовке бакалавров сократилось примерно в два раза. Например, студентам, обучающимся по направлению «Строительство», одна двухчасовая лекция читается раз в две недели. С такой же частотой проводятся практические занятия и лабораторные работы.

Физика фактически превращается во второстепенный предмет. В средней школе та же проблема — сокращение числа учебных часов, малая популярность ЕГЭ по физике, утрата интереса к предмету. Плохо подготовленный абитуриент становится плохим студентом ...

В таких условиях оказываются особенно актуальными исследования, посвя-щённые принципам оптимального построения курса физики в условиях систематического снижения в учебных планах числа аудиторных часов и резкого снижения уровня входной (школьной) подготовки. Актуальна также разработка учебно-методических материалов для обеспечения эффективной самостоятельной работы студентов (в рекомендованных типовых программах 50 % учебной нагрузки отводится на самостоятельную работу).

Комплексное решение этих проблем, по мнению многих авторов (например, [2]), возможно на основе разработки и внедрения в учебный процесс модульного обучения, основанного на компетенциях. Предлагается переориентировать образовательный процесс с формальных входных показателей (сроки обучения, его содержание и цели) на параметры компетенций как важнейшего результата образовательного процесса.

Акценты, таким образом, смещаются с преподавания, где на первом месте стоит активная академическая деятельность профессорско-преподавательского состава, на обучение, ориентированное на активную образовательную деятельность самих студентов. В традиционном образовательном процессе главную роль играет методика передачи знаний. Новый подход переносит акцент на результаты обучения, которые становятся главным итогом образовательного процесса, а не на средства, которые преподаватель использует для достижения этих результатов.

Таким образом, в современном образовательном процессе парадигма преподавания (обучения) уступает место парадигме учения. Преподаватель выполняет функцию проводника студента в деле приобретения им тех или иных компетенций. Конечно, сохраняется и прежний ролевой статус преподавателя, но преподаватель призван обеспечить при этом статусе более высокий уровень консультирования и мотивирования студентов. В свою очередь образовательный процесс требует от сту-

дента большей сознательной вовлеченности в процесс обучения и умения работать с информацией.

Компетентностный подход означает приоритетную ориентацию учебного процесса на цели, которые ставятся, исходя из ожидаемого результата. При этом необходимо, чтобы цели и результаты были направлены на повышение компетентности студентов. Причём в качестве результата рассматривается не сумма усвоенной информации, как это было раньше, а способность действовать в различных проблемных ситуациях. Оптимальной технологией реализации компетентностно-ориен-тированного образования, по признанию многих теоретиков и практиков высшего профессионального образования, является модульная технология. Содержательный анализ исследований по теории и практике компетентностно-ориентированного и модульного подходов в образовании позволяет провести интеграцию концептуальных оснований и ввести понятие модульно-компетентностного подхода.

Модульно-компетентностной подход в профессиональном образовании представляет собой модель организации учебного процесса, в которой целью обучения является совокупность профессиональных компетенций студента. Средством её достижения — модульное построение содержания и структуры обучения. Данная проблема наиболее успешно решается в системе начального и среднего профессионального образования. В системе же высшего профессионального образования ком-петентностный подход недостаточно исследован и лишь формально продекларирован в стандартах нового поколения.

Теоретическому обоснованию и разработке методики обучения физике студентов младших курсов технического университета на основе модульно-компетентностного подхода посвящена работа [2]. Отметим несколько этапов создания модульной программы применительно к реалиям нашего университета. Прежде всего, необходимо конкретизировать общие и предметные компетенции, формально обозначенные в рабочей программе: в работе [2] компетенции, формируемые при изучении физики, подразделяются на коммуникативные, информационные и организационно-управленческие.

Далее необходимо разработать спецификацию модульной программы. Структура модульной программы содержит пять модулей первого порядка, четыре из которых являются общими для всех технических направлений и совпадают с наименованиями основных разделов рабочей программы, а пятый, условно обозначенный ниже как «Спецфизика», отражает специфику конкретного направления.

Итак, модули первого порядка — это:

1. «Механика».

2. «Электромагнетизм».

3. «Оптика и строение атома».

4. «Термодинамика и молекулярная физика.

5. «Спецфизика».

Каждый из четырёх модулей первого порядка состоит из нескольких модулей второго порядка, совпадающих с рубриками рабочей программы. Пятый модуль отражает специфику данного направления. Например, для направления «Электроэнергетика и электротехника» пятый модуль можно обозначить как «Электротехническая физика». Сюда входит 9 модулей второго порядка:

1. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме.

2. Электромагнитные колебания.

3. Магнитогидродинамический метод преобразования энергии.

4. Энергия и импульс электромагнитного поля.

5. Элементы физики твёрдого тела.

6. Контактные и термоэлектрические явления.

7. Ток в жидкостях.

8. Ток в газах.

9. Физика магнитных явлений.

Для направления «Строительство» пятый модуль первого порядка—это «Строительная физика» (или «Физика среды и ограждающих конструкций»). Он включает следующие модули второго порядка:

1. Основы геометрической оптики.

2. Оптические системы и приборы.

3. Виды аберраций (погрешностей) реальных оптических систем.

4. Фотометрия, основные фотометрические величины (световой поток, освещённость, сила света, яркость, светимость).

5. Нормы и способы оценки светотехнических характеристик зданий: коэффициент естественного освещения; коэффициент искусственного освещения.

6. Инсоляция, способы защиты от излишней инсоляции.

7. Архитектурная акустика.

8. Основные характеристики акустических волн: сила звука, уровень громкости, акустический спектр, тон, высота тона.

9. Шумы, категории шумов, звукоизоляция.

10. Теплофизическое проектирование зданий.

11. Основные характеристики теплообмена в помещении.

12. Уравнение теплового баланса.

13. Конструктивные способы теплоизоляции помещений.

На практических занятиях при изучении пятого модуля студенты выступают с докладами (рефератами). В обсуждении докладов принимает участие вся группа, а преподаватель подводит итог.

Освоение материала программы предполагает активную самостоятельную работу, успех которой в большой степени зависит от наличия высококачественных пособий и учебников. Перед преподавателем ставится задача создания учебных пособий, к которым можно конкретно адресовать студентов вместо неопределённой рекомендации типа: «работайте над литературой!».

Лабораторные работы проводятся по традиционному сценарию, включающему входной контроль (опрос перед началом занятия), проведение эксперимента, обработку результатов, оформление отчёта и выходной контроль (защита отчёта).

Оценочные средства (см. таблицу) применяются для проведения входного, промежуточного и выходного (итогового) контроля. Анализ результатов контроля позволяет вносить коррективы в модульную программу, если учебный материал недостаточно усвоен. Выбор оценочных средств осуществляется преподавателем и зависит от уровня подготовки студентов.

Таблица

Оценочные средства для студентов технических направлений

№ п/п Наименование оценочного средства Краткая характеристика оценочного средства Представление оценочного средства в фонде

1 2 3 4

1. Коллоквиум Проводится для контроля усвоения учебного материала темы, раздела или разделов дисциплины, организованное как учебное занятие в виде собеседования преподавателя со студентами Вопросы по темам / разделам дисциплины

2. Контрольная работа Средство проверки умений применять полученные знания для самостоятельного решения задач Комплект контрольных заданий с вариантами

3. Дискуссия Проводится с целью включения студентов в обсуждение спорного вопроса (проблемы) и оценки их умения аргументировать собственную точку зрения

4. Задачи и задания разного уровня сложности (в зависимости от уровня подготовки) 1. Репродуктивный уровень. Задачи позволяют оценивать и диагностировать знание фактического материала (базовые понятия, алгоритмы, факты) и умение правильно использовать специальные термины и понятия, узнавание объектов изучения. 2. Реконструктивный уровень. Задачи позволяют оценивать умение синтезировать, анализировать и обобщать теоретический материал, делать выводы, устанавливать причинно-следственные связи, интегрировать знания различных областей, аргументировать собственную точку зрения Комплект задач и заданий разного уровня

5. Реферат (даётся по желанию студента) Результат самостоятельной работы студента, представляющий собой краткое изложение в устном или письменном виде определенной научной (или учебно-исследовательской) темы, где автор проводит теоретический анализ и раскрывает суть исследуемой проблемы, приводит различные точки зрения, а также собственные взгляды на неё Темы рефератов

6. Доклад, сообщение на студенческой конференции Результат самостоятельной работы студента, представляющий собой публичное выступление по результатам работы над учебно-практической, учебно-исследовательской или научной темой Темы докладов, сообщений

7. Собеседование Специальная беседа преподавателя со студентами по теме программы для выяснения степени её усвоения Вопросы по темам / разделам дисциплины

8. Творческое задание для одарённых студентов Задание, имеющее нестандартное решение и позволяющее диагностировать умение интегрировать знания различных областей, аргументировать собственную точку зрения Темы групповых и/или индивидуальных творческих заданий

9. Тест Система стандартизированных заданий, позволяющая автоматизировать процедуру оценки уровня знаний и умений студента Фонд тестовых заданий

Итак, что же мешает реализации задач, провозглашённых образовательными стандартами и национальной образовательной доктриной? На наш взгляд, это:

- Резкое, по сравнению с программами для специалистов, сокращение времени изучения предмета.

- Изначальная установка студентов на получение «компетенций», а не на изучение фундаментальных основ физики, приводит к формализации процесса обучения. По словам одного преподавателя, мыслительная работа переходит с головы на пальцы. Это приводит к тому, что в лучшем случае студент приобретает умение решать простые (типовые) задачи, но совершенно не умеет ставить задачи. Покойный академик Арнольд, справедливо отмечал, что умение ставить задачи гораздо важнее умения их решать. На наш взгляд, компетенции формируются на основе фундаментальных знаний, а не наоборот. Забвение этого обстоятельства таит опасность опустить физику до уровня поварского дела.

Литература

1. Национальная образовательная доктрина в РФ. [Электронный ресурс]: URL: http://www.lexed.ru/ obrazovatelnoe-pravo/knigi/yagofarov2005/413.php

2. Ваганова Т. Г. Модель методики обучения физике бакалавров технического направления на мо-дульно-компетентностной основе // Вестник Бурятского государственного университета. 2014. № 15. С. 6-10. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/model-metodiki-obucheniya-fizike-bakalavrov-tehnicheskogo-napravleniya-na-modulno-kompetentnostnoy-osnove

Об авторах

Верхозин Анатолий Николаевич — доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики, физико-математический факультет, Псковский государственный университет, Россия.

E-mail: verkhozin60@yandex.ru

Михайлусова Татьяна Николаевна — кандидат технических наук, доцент кафедры физики, физико-математический факультет, Псковский государственный университет, Россия.

E-mail: kafedra_fizika@mail.ru

A. Verkhozin, T. Mikhajlusova

concept of modular course in physics for bachelors of engineering programs

The paper provides the discussion on the principle of modular construction of the course of physics and a physics program for bachelors of "Electroenergetics and electrotechnics" and "Construction" programs in conditions of plummeting decrease of allotted time devoted to the studying.

Key words: subject competencies, modular teaching in physics.

Вестник Псковского государственного университета About the authors

Prof. Dr. Sci. Anatolii Verkhozin, Department of Physics, Pskov State University, Russia.

E-mail: verkhozin60@yandex.ru

Dr. T. Mikhajlusova, Associate Professor, Department of Physics, Pskov State University, Russia.

E-mail: kafedra_fizika@mail.ru