CC BY
29
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Социальные науки, 2015, № 4 (40), с. 153-157
153
УДК 303.34
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ КАК СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ УСВОЕНИЯ МАТЕРИАЛА СТУДЕНТАМИ
© 2015 г. Е.В. Зайцева, О.В. Белова
Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
evzaitseva@mail.ru
Поступила в редакцию 12.05.2015
Анализируются требования ФГОС к организации и результатам учебного процесса подготовки бакалавров физики в университете. Выделяется физический учебный эксперимент как ведущий метод обучения и ставится проблема его совершенствования в соответствии с требованиями ФГОС. Описана роль эксперимента как средства проверки профессиональных компетенций обучаемых. Предлагается метод проверки знаний и контроля уровня сформированности компетенций в ходе изучения курса «Физика» бакалаврами механико-математического факультета.
Ключевые слова: профессиональные компетенции, метод проверки знаний, оценка деятельности, лекционный демонстрационный материал, способ действия учащихся, качественная задача.
Введение
Согласно ФГОС 3-го поколения, учебно-воспитательный процесс должен строиться так, чтобы формировать у студента способности к творческому применению полученных знаний. Формулировки ФГОС указывают на реальные виды деятельности - компетенции, которыми студенты должны овладеть в процессе обучения. Выпускники-бакалавры, изучившие дисциплину «Физика», должны не только знать основные разделы физики и применять знания на практике, но и уметь формулировать проблему, выдвигать гипотезы, составлять теоретические модели, иметь способность к абстракции, анализу предметных ситуаций [1]. Таким образом, новые стандарты требуют таких технологий обучения, которые формируют способ действий учащихся по получению нового физического содержания и проверяют не только наличие знаний, но сфор-мированность способов деятельности получения знания [2]. Все это предполагает ориентацию на активные методы обучения и новую систему контроля уровня сформированности требуемых качеств личности обучаемых, в т.ч. профессиональных компетенций (ПК).
Специфика учебной ситуации и методические подходы
Стандартами предусмотрены следующие профессиональные компетенции, средством формирования которых в первую очередь может выступать учебный физический эксперимент:
- способность использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин (ПК-1);
- способность применять на практике профессиональные знания и умения, полученные при освоении профильных физических дисциплин (ПК-4) [1].
Оценивая степень сформированности специфических для каждого профиля компетенций, преподаватель должен иметь диагностирующий инструментарий, средства которого также специфичны для изучаемого предмета и предполагаемой профессиональной деятельности обучаемых. Для физики ведущим средством и методом обучения является демонстрационный учебный эксперимент. Овладение обучаемым учебным содержанием предмета должно означать не только то, что он видел эксперимент и может его объяснить, но то, что он усвоил роль эксперимента в познавательном процессе получения физического знания. Учащийся должен быть способен воспроизвести логику учебного исследования, организованного преподавателем в ходе лекции, и самостоятельно проделать аналогичный познавательный процесс, в том числе получить новые физические результаты.
Укажем на несколько обстоятельств, существенно влияющих на значимость поставленной нами задачи. В стандартах третьего поколения количество аудиторных часов, отведенных на изучение физики, существенно уменьшено. Значительная часть ранее читаемого лекционного материала курса «Физика» теперь выносится на самостоятельное изучение или рассматривается как отдельные задачи на практических занятиях. Очевидно, что обращение здесь к увиденным на лекции демонстрациям требует значительно большей степени усвоения
наиболее существенных аспектов демонстрируемой физики и новых способов обращения преподавателя к результатам демонстрации. Для студентов физиков и радиофизиков есть физический практикум как поле самостоятельного экспериментирования, формирования исследовательских умений. На бывшем механико-математическом факультете ННГУ им. Н.И. Лобачевского, где проводилось обучение студентов и осуществлялась апробация предлагаемой нами методики, физический практикум не предусмотрен. Поэтому возрастает роль демонстрационного эксперимента как эмпирической основы познавательной деятельности обучаемых и объекта самостоятельного применения ими основ физики. Одновременно обращение к проведенному эксперименту выступает и средством проверки уровня усвоения, меры сфор-мированности указанных выше компетенций. Оценить деятельность студента и уровень усвоения им учебного материала в таких условиях мы предлагаем с помощью лекционного демонстрационного эксперимента или задач, содержащих подробное описание эксперимента. При чтении лекций эксперимент используется либо для демонстрации применения полученных теоретических выводов, либо как опытный факт, требующий физической интерпретации и объяснения.
Основы предлагаемой методики
Подробнее рассмотрим ход учебного процесса. Когда студент видит эксперимент на лекции в ходе изложения нового материала, у него еще нет полноценной теории изучаемого явления или процесса, поэтому он не может до конца усвоить увиденное на уровне дальнейшего самостоятельного применения. Только после освоения теоретического материала в ходе решения задач на практических занятиях он сможет осмысленно и аргументированно объяснить эксперимент и показать усвоение всей физики, лежащей в его основе. Поэтому и полный контроль уровня усвоения экспериментальной основы изучаемой физики следует перенести на итоговые, в т.ч. зачетные формы занятий. Обратим внимание, что «правила игры», т.е. обязательность обращения к результатам эксперимента и расширенная их трактовка на зачетных занятиях, известны студентам, начиная с первой лекции. Это стимулирует их на активное восприятие учебных демонстраций, вплоть до проведения видеозаписей. Одновременно и преподаватель не может относиться к эксперименту как к простой иллюстрации рассказа, он реализует его как основу для дальнейшей самостоя-
тельной познавательной деятельности обучаемых. Этот компонент деятельности преподавателя является значимой частью его методической компетентности [3]. Весьма важно, что предлагаемое нами включение материла лекционных демонстраций в содержание практических занятий по решению задач и тем более в материал самостоятельной работы, итоговых, зачетных форм приводит к формированию целостного учебного процесса, к возникновению внутрипредметных связей на уровне деятельности студентов.
Но как проверить, что в голове обучаемого прошел необходимый познавательный процесс? Очевидно, что способ один - мотивировать его на деятельность, требующую активного обращения к результатам эксперимента и интерпретации их уже в том объеме, который выходит за пределы материалов лекции.
На экзамене студенту предлагается объяснить ранее показанный на лекции эксперимент или решить нетиповую качественную задачу, содержащую подробное описание эксперимента. Описываемые эксперименты всегда имеют элемент неожиданности, про-блемности, требуют самостоятельности и элементов творческого мышления. Такие задания предполагают поиск, формулировку и реализацию гипотезы решения, что всегда выходит за пределы прямого, формального воспроизведения усвоенных в ходе обучения знаний по физике. Подобный подход студент мог наблюдать на лекции, когда преподаватель комментировал какой-либо демонстрационный эксперимент. А теперь ему самому нужно будет проделать этот путь поиска, формирования и реализации идеи решения. Следует заметить, что оценка усвоения физического содержания по умению предсказывать и интерпретировать результаты экспериментов, представленных в виде рисунков, широко используется в мировой практике, в частности в системах TIMSS (the Trends in International Mathematics and Science Study) [4]. Именно в этих умениях наши студенты показывают наиболее слабые результаты [5].
Естественно, подобные задачи будет решать студент, претендующий на оценку выше «удовлетворительно», т.е. не только выучивший теорию, но и усвоивший определенную систему физического знания, способный к самостоятельному применению теории хотя бы в ситуации модельной задачи. Ниже приведена примерная таблица оценок, составленная на основании опыта приема экзаменов у студентов 3-4-х курсов мехмата (табл. 1).
Таблица 1
Критерии оценивания уровня усвоения физики на основе учебного демонстрационного эксперимента
«Удовлетворительно» «3» «Хорошо» «4» «Отлично» «5»
1. Ориентируется в базовых законах (знает, может записать), с подсказками и наводящими вопросами может применить знания при решении физических задач. 2. Воспроизводит ход эксперимента и объясняет его результат 1. Знает основные законы, может применить их к решению алгоритмизированных физических задач. 2. Самостоятельно выбирает модель, указывает, какие законы описывают демонстрируемое явление или эффект, но с подсказкой реализует решение конкретной задачи либо с подсказкой выбирает модель, но самостоятельно проводит решение, используя основные законы и методы физико-математического анализа 1. Знает основные законы, может применить их к решению нестандартных физических задач. 2. Самостоятельно выбирает модель, применяя методы анализа, указывает, какие законы описывают данное явление или эффект, и реализует решение этой конкретной естественно-научной задачи
Реализация методических подходов
Ниже представлены примеры лекционных экспериментов и предполагаемый способ их решения.
Задача 1.
В пучок света помещается проволочная рамка, затянутая мыльной пленкой (рис. 1). В первом случае рамка расположена вертикально, во втором - горизонтально. Прошедший через пленку пучок света дает на экране систему радужных полос в белом свете в первом случае и систему радужных колец - во втором. Объяснить наблюдаемое явление.
Что мы увидим, если пленку осветить монохроматическим светом?
О
Рис. 1. Демонстрация явления интерференции
Этот важный эксперимент демонстрируется на лекции при объяснении явления интерференции один раз и больше к нему не возвращаются.
Ответ студента на экзамене предполагает следующую последовательность действий.
1. Поиск модели. Студент должен определить, что в случае вертикального размещения рамки речь идет об интерференции в клине, образованном при стекании мыльного раствора вниз, а в случае горизонтального положения рамки - об интерференции в тонких пленках, т.к. толщину пленки можно считать одинаковой по всей площади.
2. Задача об интерференции в тонких пленках решена на практике, и студент должен применить известную ему из этой задачи модель к упомянутому эксперименту.
3. В первом случае наблюдаются полосы равной толщины, во втором - полосы равного наклона. Если мыльная пленка провисает, то наблюдаются кольца Ньютона.
Таким образом, при обращении к материалу лекционного демонстрационного эксперимента студент сможет проявить требуемые ФГОС умения применять на практике предметные знания в широком диапазоне уровней - от простого «узнает явление» до умения свободно оперировать физикой при анализе результатов опыта.
Задача 2..
На лекции было показано поведение «бико-нуса». Тело, имеющее форму двух одинаковых прямых конусов, соединенных основаниями, ставится на подставку из двух клиновидных, скрепленных шарнирно направляющих. Направляющие предварительно разводятся на определенный угол (рис. 2). Если теперь «бико-нус» поставить на направляющие в нижней их части, то он начнет двигаться вверх по наклонным направляющим.
Чтобы описать движение твердого тела, необходимо знать, уметь воспроизвести и применить к данной задаче теорему о движении центра масс и уравнение вращательного движе-
ния или закон сохранения полной механической энергии твердого тела. Здесь студентами совершаются некоторые репродуктивные действия, применяются усвоенные ранее знания и алгоритмы решения задач.
Ответ на вопрос, почему тело катится вверх, состоит в том, что геометрическая конфигурация прибора подобрана таким образом, что при начале подъема центр тяжести «биконуса» опускается. Часть потенциальной энергии переходит в кинетическую.
В качестве дополнительного задания студенту предлагается ответить на вопрос: «А как заставить «биконус» катиться вниз?».
Задача 3.
В лекционном эксперименте пространство между обкладками плоского конденсатора заполнили жидким диэлектриком с диэлектрической проницаемостью £1. В жидкости находится твердый диэлектрик с диэлектрической проницаемостью е2. Силовые линии в жидкости имеют вид, показанный на рис. 3. Целью демонстрации на лекции был показ поведения силовых линий на границе диэлектрика. Ответить на вопросы, какая из диэлектрических проницае-мостей больше и почему поле внутри твердого диэлектрика однородно, студенты к этому времени еще не могут: требуется решение ряда задач в ходе практических занятий. Но к моменту проведения экзамена ответы на эти вопросы являются доказательством усвоения учебного содержания на уровне способности самостоятельного применения знаний.
Рассмотрим предполагаемое решение.
1. В первую очередь студент должен понять, что речь идет о поведении электрического поля на границе раздела двух диэлектриков.
2. Затем необходимо вспомнить, какими векторами описывается поле в диэлектриках, записать граничные условия для этих векторов
или получить их из известных теорем. Проведя анализ записанных уравнений, можно сделать вывод, что £2 > £1.
3. Для ответа на последнюю часть задания необходимо вспомнить решение задачи о поле внутри заряженной сферы и объяснить однородность поля внутренней его части.
На этом примере хорошо видно, что от студента для полноценного ответа потребуются знание всей теории электрического поля в диэлектрике, опыт решения задач на эту тему и, что самое важное, умение применить теоретические знания и умения к решению практической задачи, сопоставить полученное решение с результатами эксперимента.
Заключение
На приведенных выше примерах показано, что задания выдвигают требование анализа физических ситуаций и получения студентом новой информации, которая не сообщалась в ходе лекционной демонстрации. Познавательная деятельность студентов при решении таких задач заключается в накоплении и проявлении во внешнем плане нового для них опыта деятельности на базе усвоенного ранее формализованного опыта - действия по алгоритму решения известной задачи.
Предлагаемый метод был апробирован в течение двух экзаменационных сессий для оценки уровня знаний студентов 3-х и 4-х курсов механико-математического факультета ННГУ. Метод отвечает требованиям ФГОС, позволяя оценивать умение студентов применять на практике знания, полученные при изучении курса физики, составлять теоретические модели и анализировать результаты эксперимента. Кроме того, подобный способ проведения экзамена является, на наш взгляд, хорошим стимулом для активной работы студентов в течение учебного года.
Список литературы
1. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 Физика (уровень бакалавриата). - URL: http:// fgosvo.ru/uploadfiles/fgosvob/030302_Fisika. pdf (дата обращения 24.04.2015 ).
2. Лазарев В.С. Формирование познавательных действий в учебной деятельности // Педагогика. 2014. № 6. С. 12-19.
3. Гребенев И.В., Лебедева О.В. Теоретические основания развития методической компетентности учителя // Вестник ННГУ. 2007. № 4. С. 21-25.
4. TIMSS 1999. IEA. 2000. - URL: http://www.iea. nl/timss_1999.html (дата обращения 23.04.2015).
5. Ковалева Г.С., Краснянская К.А. Краткий отчет «Результаты Третьего международного исследования по оценке качества математического и естественно-научного образования в России». - URL: http://www.centeroko.fromru.com/timss_r/timss99_pub1. htm (дата обращения 23.04.2015).
PHYSICAL EXPERIMENT IS A WAY TO ASSESS THE STUDENTS' LEVEL OF MATERIAL ASSIMILATION
E. V. Zaytseva, O.V. Belova
Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod
The article analyzes the requirements of the Federal State Educational Standard to the organization and results of the educational process for bachelor program students in physics at the university. The physical training experiment is pointed out as a leading learning method and the problem of its improvement in accordance with the requirements of the FSES is put forward. The role of the experiment is described as a means to test the learners' professional competences. We propose a method to assess the knowledge and control the level of competence development in the course of studying the Physics course by bachelor program students of the Faculty of Mechanics and Mathematics.
Keywords: professional competences, method of knowledge assessment, assessment of activities, lecture demonstration material, students' mode of action, quality problem.
