Формирование универсального стандарта для методологически ориентированного обучения физике в техническом университете

УДК 53

В.В. Ларионов, Е.В. Лисичко, Е.И. Постникова

ФОРМИРОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО СТАНДАРТА ДЛЯ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ ОРИЕНТИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ

В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Инженерное образование является ведущим фактором в социально-экономическом развитии и мощным интеллектуальным и духовным ресурсом любого государства. Формирование у будущего инженера устойчивого методологически мотивированного и ориентированного интереса к обучению физике, умения востребовать и использовать ее научное содержание в качестве методологического, экспериментального и технологического средства инженерной внедренческой деятельности — актуальная задача в наступившем XXI веке. Несмотря на потребность общества в специалистах, способных использовать современные физические методы исследования в своих областях деятельности [1, 5], существующий стандарт обучения физике в техническом университете не способствует формированию таких специалистов. Требуется методологическая направленность учебного процесса по физике, поддержка эксперимента, связь содержания образования с наукоемкими технологиями, существенно расширяющими тематику исследований, проводимых студентами. Необходимы более конкретный стандарт и соответствующая модель применения ИКТ в обучении физике, учитывающие формирование творчества выпускников технических университетов, организацию самостоятельной учебно-исследовательской работы студентов младших курсов, отражающую внедренческий характер будущей профессиональной деятельности. Поставленная задача может быть выполнена при тщательно отобранных стандартах обучения и соответствующем мониторинге на уровне нового подхода к существующим дидактическим единицам физики.

В качестве одного из вариантов создания нового стандарта предлагается использовать структурные составляющие проблемно-ориентированного проектного обучения физике, которое предполагает интерактивное

взаимодействие между субъектами учебного процесса на основе ИКТ, оперативное управление творческой самостоятельной работой студентов, ориентированной на овладение методами поиска и решения проблем, обучение внедрению их в жизнь.

Проблемно-ориентированная проектная система обучения физике в техническом вузе способствует повышению эффективности обучения, так как включает разработку проектов на семинарских занятиях из стандартных учебников и реальных учебных проектов в период учебной практики, в период выполнения лабораторных работ на основе композиционного физического практикума [2], усиливает внимание к обучению физике нестандартных явлений, наукоемким технологиям, а в качестве системообразующего элемента используется ИКТ. Критериями эффективности служат объем знаний, их прочность, умения принимать самостоятельные решения и нести ответственность за их реализацию, творческий уровень усвоения знаний, мотивация и интерес к обучению выбранной специальности. С этой целью формируются и вводятся следующие мотивационные факторы: выполнение проектов на основе методологии физики как науки; увеличение информационных ресурсов; повышение компьютерной грамотности; обеспечение самоконтроля, пропедевтической работы и тренировок; практические рекомендации и создание условий их реализации.

В теоретическом плане базой системы обучения служат: проблемное, дифференцированное и личностно ориентированное обучение; включение идей об инженерном мышлении как творческом процессе; онто-дидактический подход и проектирование на всех видах учебной деятельности. Реализация подхода на занятиях проявляется в проблеме как единице учебного содержания, в

Видеообучающая интерактивная система

Система обучения физике нелинейных явлений

/ \

ИКТ

Система адаптации при обучении наукоемким технологиям

Композиционный физический практикум

Разработка реальных учебных проектов

Рис. 1. Схема обучения физике в техническом университете по новому стандарту

проблемной задаче как единице учебного процесса. Проблемная ситуация — единица отношения содержания и процесса проблемно-ориентированного обучения, структурирование проблемы, выделение состава проблемных ситуаций, выделение той из них, которая решается в виде проблемной задачи. Творческая работа студентов рассматривается как поисковая учебная деятельность в процессе интерактивного

взаимодействия между субъектами учебного процесса [3].

Информационно-коммуникационные технологии в системе обучения физике наиболее выразительно используются посредством композиционного физического практикума, разработки проектов на семинарских занятиях, реальных учебных проектов в период учебной практики (рис. 1). Структурирование проблемы, проблемной ситуации и проблемной задачи обеспечивает формирование физических идей на уровне проекта (рис. 2).

Видеообучающая интерактивная система — это технология, основанная на цифровом представлении физических экспериментов и опытов, их использование на семинарских занятиях, при подготовке к коллоквиумам, лабораторным работам, экзаменам в ходе текущего контроля знаний студентов [4]. Оцифрованные опыты применяют для разработки проектов.

Рис. 2. Дидактическая схема обучения физике на уровне проектов

Предлагаемый стандарт и модель включают композиционный физический практикум, содержание и структурный состав которого представлены на рис. 3.

Натурно-виртуальный — это натурный эксперимент, сопровождаемый визуализацией явлений, протекающих на микроуровне, и недоступный непосредственному наблюдению. Компьютеризированный эксперимент — сбор данных и обработка осуществляются с помощью компьютера и соответствующих датчиков. Автоматизированный эксперимент отвечает за управление процессом измерения.

Разработка проектов на семинарских занятиях по предлагаемому стандарту включает следующие этапы работы студентов (рис. 4).

Для оценки уровня усвоения предметного материала и творческого уровня усвоения знаний использовалась методика поэлементного анализа выполнения заданий студентами контрольной и экспериментальной групп [1].

Уровень усвоения учебного материала студентами экспериментальных и контрольных групп

Элементы анализа Относительное число студентов, %

Экспериментальные группы Размер выборки N = 1281 Контрольные группы Размер выборки N = 1286

Репродуктивный 37 65

Продуктивный 45 24

Творческий 18 11

Натурно-виртуальный

н—и Н

Виртуально-натурный

Рис. 3. Структурные составляющие композиционного физического практикума: В — виртуальный (полностью имитирующий натурный) эксперимент; Н — натурный эксперимент; ВЧ — вычислительный эксперимент [2]

Начальный уровень знаний и учебной деятельности

Идентификация и распознавание проблем в составе задачи

Варианты действия, умение находить практические решения

использование

результатов решения задачи,

выполнение, защита проектов

Рис. 4. Содержание этапов разработки проектов на семинарских занятиях

Эксперимент показывает, что большая часть студентов контрольных групп ограничивались формальным подходом, основанным на сведениях из теоретической части курса, а при экспериментировании применяли метод действий по образцу, что соответствует репродуктивному и алгоритмическому уровням усвоения (см. таблицу). Значительная часть студентов экспериментальных групп использовали для выполнения заданий композиционный способ, включая структурирование проблемы и проблемной ситуации, постановку дополнительных проблемных вопросов и создание программных средств эксперимента, проявляя продуктивный и творческий уровни усвоения.

Позитивное влияние предлагаемого стандарта и схемы обучения физике оценивалось по двум аспектам:

1. Уровень овладения методологией ведения композиционного эксперимента и системного применения ИТ при выполнении учебно-исследовательской работы (применяется прежний метод).

2. Общий уровень освоения предметных знаний и их прочность при обучении физике:

• по результатам рейтинга, экзамена и комплексных контрольных заданий;

• по оценке результатов защиты НИР, обоснованию актуальности темы, высказыванию своей точки зрения (уровень знания);

• по объяснению выбора плана исследования, его логичности (уровень понимания); самостоятельному составлению компьютерных программ (уровень применения); аргументированности ответов на конференции (уровень анализа);

• по оценке разных подходов к проблеме и самооценке в ходе выполнения проектов в составе мини-коллектива, по умению принимать самостоятельные решения и нести ответственность за их реализацию.

Исследование показало, что применение стандарта преподаватели ТПУ и ряда вузов оценивают как улучшение изучения материала — 40 %, улучшение понимания предмета — 51 %. Однако 9 % респондентов считают, что предлагаемый стандарт усложняет процесс обучения.

Необходимость обеспечения эффективности обучения физике студентов технического университета в XXI веке делает целесообразным и возможным создание универсального стандарта

на основе проблемно-ориентированной системы обучения физике.

1. Стандарты на основе проблемно-ориентированной системы обучения физике позволяют формировать умения выявлять проблемные ситуации при решении познавательных задач в виде учебных проектов в условиях самостоятельной учебно-исследовательской деятельности.

2. Сочетание натурного, виртуального эксперимента и моделирования в композиционном физическом практикуме является необходимым элементом учебной лаборатории нового поколения по физике.

3. Использование в учебном процессе ви-деообучающей интерактивной системы на основе цифровых технологий в качестве стандарта реализует интерактивный характер обучения, осуществляет его индивидуализацию и дифференциацию, позволяет формировать мини-коллективы для самостоятельной работы студентов, объединяет обучение и контроль во взаимосвязанный процесс.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бордовский, Г.А. Инновационные технологии при обучении физике студентов педвузов [Текст] / Г.А. Бордовский, И.Я. Ланина, Н.В. Леонова. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - 266 с.

2. Ларионов, В.В. Проблемно-ориентированное обучение физике в техническом университете [Текст] / В.В. Ларионов, Ю.И. Тюрин // Высш. образование в России. - 2009. - № 6. - С. 156-159.

3. Лисичко, Е.В. Формирование готовности студентов технического вуза к профессиональной деятельности в процессе изучения физики [Текст]:

автореф. дис. ... канд. пед. наук / Е.В. Лисичко. -Томск, 2009. - 21 с.

4. Постникова, Е.И. Демонстрационный физический эксперимент с применением цифровых технологий как средство повышения эффективности обучения физике студентов технического университета [Текст]: автореф. дис. ... канд. пед. наук / Е.И. Постникова. - Екатеринбург, 2009. - 19 с.

5. Системы менеджмента и качества: основные положения и словарь [Текст]: ГОСТ ИСО 9000-2001. -М.: Изд-во стандартов, 2001. - 146 с.