CC BY
51
УДК 372.853 378.04 378.147.88 378.147.227
Физика и мультимедиа в учебном процессе технического университета
Т.М. ТКАЧЕВА, к.ф.-м.н., доцент кафедры физики А.Ф. СМЫК, д.ф.-м.н., доцент, завкафедрой физики Г.Ю. ТИМОФЕЕВА, к.ф.-м.н., доцент кафедры физики
ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет» (МАДИ) (Россия, 125319, Москва, Ленинградский пр., д. 64). E-mail: tatmihtka@rambler.ru; E-mail: afsmyk@mail.ru; E-mail: galina.omega@gmail.com
Изложены современные тенденции формирования условий для самостоятельной работы студентов. Рассмотрены типы мультимедийных технологий. Интернет-ресурс «ИС-МАДИ: физика», разработанный преподавателями кафедры физики МАДИ, позволяет преподавателю сформировать индивидуальные задания для каждого студента, а студент имеет возможность воспользоваться учебными материалами ресурса: система является и обучающей системой, и контролирующей одновременно. Представлены результаты использования интернет-ресурса «ИС-МАДИ: физика» студентами младших курсов МАДИ. Показано, что благодаря применению этого ресурса у студентов возрастает познавательная мотивация и мотивация достижения. Проведено сравнение результатов выполнения заданий учащимися 1-го и 2-го курсов.
Ключевые слова: самостоятельная работа студентов, информационная система «ИС-МАДИ: физика», студентоцентрированные технологии, познавательная мотивация, мотивация достижения.
Современная жизнь немыслима без использования информационных технологий и приборов на их основе, таких как мобильные телефоны и компьютеры, электронная почта и скайп, электронный документооборот, электронные платежи и многое другое. Нет ничего удивительного в том, что без мультимедийных приложений не обходится и образование [1]. Презентации лекций, выполнение различных заданий в процессе учебы, подготовка курсовых и дипломных проектов требуют от преподавателя и студента соответствующих знаний. Дополнительными аргументами в пользу мультимедийных технологий как части электронных образовательных ресурсов являются увеличение доли самостоятельной работы в основных образовательных программах, разработанных на основе Федеральных государственных стандартов высшего образования (ФГОС ВО), а также возрастание доли дистанционного обучения - приоритетного направления модернизации образования.
Используя мультимедийные технологии, студент может самостоятельно научиться поиску, систематизации и анализу необходимой информации, а также познакомиться с элементами синтеза нового знания. Интерактивность, гибкость мультимедийных технологий, разнообразие и возможность индивидуального использования этих технологий не только дают дополнительную информацию к лекционному материалу, но и стимулируют формирование ключевых компетенций будущего выпускника.
Некоторые особенности
самостоятельной работы
студентов
Самостоятельная работа студентов начинается с первых дней учебы: необходимо записывать лекционный материал со слов преподавателя, суметь в нем разобраться, например, изучая электронную версию лекции [2]. Первокурсники, как правило, не умеют эффективно записывать лекцию, для них определенную трудность составляет и чтение слайдов лекции-презентации с экрана монитора. Работа на практических занятиях (блиц-опрос по материалу лекции, ответ у доски) требует быстроты реакции, основанной на полученных и усвоенных самостоятельно знаниях. Важной частью самостоятельной работы является подготовка (написание конспекта), выполнение лабораторной работы, составление и защита отчета по этой работе.
Общепринято, что только самостоятельная работа заставляет научиться учиться и помогает сформировать стремление к самосовершенствованию и саморазвитию. Умение самостоятельно работать необходимо студенту не только для получения высоких баллов, но, главное, для его дальнейшей успешной профессиональной карьеры. К сожалению, не сразу все студенты это понимают и не сразу могут выработать собственный эффективный режим самостоятельной работы.
Благодаря увеличению доли самостоятельной работы студента возрастает необходимость индивидуального взаимодействия студента и преподавателя, то есть личностного, студентоцен-трированного обучения [3].
Самостоятельная работа в основных образовательных программах по версии ФГОС ВО 3++
Следует отметить, что в последних вариантах ФГОС ВО кроме увеличения часов на самостоятельную работу предлагается сократить часы, отведенные на изучение фундаментальных дисциплин за счет увеличения часов для изучения профессиональных предметов по специальности. Такой подход осуществлен в европейских странах, в учебных планах которых, например, нет единого курса физики [4]. Будущим европейским инженерам предлагается изучать лишь некоторые главы физики или математики, необходимые для понимания профессиональных предметов в рамках будущей специальности.
Предполагается, что недостающие знания в области фундаментальных дисциплин будут излагать преподаватели выпускающих кафедр с учетом будущей специальности. Такая тенденция соответствует принципам подготовки инженеров в европейских странах и США [5].
Увеличение часов на самостоятельную работу в учебных программах, начатое еще в нулевые годы, а особенно после подписания Россией в 2013 году Болонской декларации, заставило искать новые методы вовлечения студентов в выполнение самостоятельной работы, а также сформировать новые методы контроля процесса усвоения учебного материала.
Перенос части основной учебной нагрузки студента на самостоятельную работу означает, что сегодня студенты вынуждены находиться в непрерывном
поиске необходимой информации, которую нужно суметь выделить и проанализировать. Современные мультимедийные технологии призваны помочь в этой работе.
Использование мультимедийных технологий в контакте «преподаватель - студент»
В идеале использование мультимедийных технологий изменяет способы контактирования педагога и студента благодаря увеличению индивидуального взаимодействия [6]. Каждый учащийся получает возможность задать вопрос или показать решение своей задачи и получить индивидуальный ответ преподавателя в любое время благодаря использованию электронной почты или скайпа.
Преподаватель, как правило, стремится предложить студенту такое задание, которое заставит его искать новое решение. В этом случае возможности информационных технологий, скорость получения разнообразной информации могут обеспечить пробуждение исследовательских и творческих способностей студента, то есть могут стимулировать познавательную мотивацию.
Познавательная мотивация включает в себя познание нового, изучение процесса возникновения нового знания, оценку его содержания. Формированию познавательной мотивации способствуют наличие имеющихся знаний и поиск новой актуальной информации, который, в свою очередь, является стимулом для использования мультимедийных технологий.
Не менее актуальной является и мотивация достижения, которая связана не только с получением отличной оценки, но и с успехом в будущем во время профессиональной деятельности. При-
менение балльно-рейтинговой системы в сочетании с мультимедийными технологиями повышает возможности контроля успеваемости и стимулирует возникновение мотивации достижения [7].
Пример использования
мультимедийных
технологий в МАДИ
На кафедре физики МАДИ используются различные виды мультимедиа: обязательное входное компьютерное тестирование, текущее и итоговое компьютерное тестирование по окончании семестра, решение задач с использованием сертифицированного интернет-ресурса «ИС-МАДИ: физика», учебники, методические пособия и указания, презентации лекций, размещенные в электронном виде на сайте кафедры. Для оперативного и индивидуального взаимодействия со студентами служат электронная почта и социальные сети. На кафедре физики разработаны методические указания по организации самостоятельной работы [8], которые охватывают все формы аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы. Кроме того, необходимые учебники и другую информацию можно найти в электронной библиотеке МАДИ.
Одной из форм развития самостоятельности студента младшего курса является использование ролевых и дидактических игр. Наилучшим результатом дидактической игры является развитие познавательной мотивации. Любая дидактическая игра имеет четко сформулированную цель и предполагает определенный результат [9]. Именно такой дидактической игрой является интернет-ресурс «ИС-МАДИ: физика» - информационная система для решения задач, разработанная в МАДИ на кафедре физики [10]. Система состоит
Рис. 1. Обучающий модуль: иерархия уровней и проверки результатов выполнения заданий
из двух основных частей: библиотеки ресурсов и обучающего модуля. Иерархия обучающего модуля представлена на рис. 1.
Примеры заданий (2-й семестр обучения физике):
1-й уровень заданий является тестом выбора и содержит определения, например, в разделе «Волны»: «Волновым фронтом НЕ является...»
2-й уровень содержит простые задачи, ответ для которых также зашифрован в предлагаемых ответах например, в разделе «Волновая оптика»: «Луч света падает на диэлектрик под углом, не равным углу Брюстера. Тогда...»
3-й уровень содержит более сложные задачи, например в разделе «Квантовая оптика»: «Поток излучения мощностью 1 мкВт падает перпендикулярно на 1 см2 поверхности. Определить давление света, если коэффициент отражения 0,8».
Задача 4-го уровня сложности требует устойчивого и глубокого знания физических законов и математики. Например, в разделе «Волны»: «Одна из спектральных линий, испускаемых возбужденными ионами гелия, имеет длину волны 410 нм. Найти доплеровское смещение этой линии, если ее наблюдать под углом 30 градусов к пучку ионов, движущихся с кинетической энергией 10 МэВ».
Применение системы предполагает, что студент решает задачи дома, используя свой компьютер или телефон. Система построена по типу уровневой игры от простого к более сложному уровню освоения курса физики, что обеспечивает более полное и глубокое изучение учебного материала. Особенностью данной системы является наличие электронной библиотеки, использование которой возможно даже во время решения заданий, если студент четко знает и может сформулировать свой вопрос, что позволяет ему быстро находить ответ. В библиотеке содержатся электронные варианты учебников, учебных и методических пособий, а также презентации лекций по физике преподавателей кафедры, то есть копия электронных материалов сайта кафедры физики. Обучающий эффект системы «ИС-МАДИ: физика» при условии ее осознанного использования может в идеале достигнуть 100%.
Преподаватель, учитывая особенности направления подготовки и будущей специальности студента, может изменять параметры заданий для каждого уровня: количество заданий, время выполнения заданий, количество неверных ответов. Например, для перехода на каждый следующий уровень преподаватель, выбирая задачи, зада-
со
-8.0 ^
ш а
со СС
о.
Магнитное поле Постоянный ток
Электростатистика Законы сохранения Динамика Кинематика
0 50 100
Процент от общего количества студентов на потоке
■ не приступали ■ 3 уровень ■ ргр
Рис. 2. Соотношение количества студентов 1-го курса (набор 2017 года) и решенных ими задач по шести разделам физики. РГР - расчетно-графическая работа (4-й уровень)
ет от 10 до 30 вопросов на время от 15 до 30 минут, разрешая при этом ошибиться от 1 до 3 раз.
Завершением игры является решение сложной задачи (4-й уровень) или задачи повышенной сложности (5-й уровень). Студент, достигший 4-го уровня, защищает преподавателю решение задачи этого уровня и получает зачет по данному разделу физики. Этот пункт его самостоятельной работы непосредственно связан с мотивацией достижения, особенно если учесть, что для решения задач по каждому разделу заранее выделяется определенное время.Количество баллов,получаемое студентом, зависит и от качества выполненной работы, и от времени, потраченного на эту работу. Полученные баллы учитываются в накопительной балльно-рейтинговой системе, позволяя приблизиться к получению более высокой оценки по физике в семестре.
Результаты
Результаты использования интернет-ресурса «ИС-МАДИ: физика» студентами 1-го курса (набор 2016/17 учебного года) и второго курса (набор 2015/16 учебного года) подтверждают важность получения фундаментальных знаний еще в школе. Первокурсники решали задачи по шести разделам: «Кинематика», «Динамика», «Законы сохранения», «Электростатика», «Законы постоянного тока» и «Магнетизм». Из этих разделов успешнее всего решались задачи по темам «Кинематика», «Динамика» (рис. 2). По разделу «Динамика» более 50% студентов защитили свои решения задач 4-го уровня сложности, а задачи 3-го уровня сложности решили 40...42% студентов. В итоге все
эти студенты (90...92%) получили зачет по физике как итог работы в семестре.
Для достижения успеха некоторые студенты, не сдаваясь, повторяли вновь и вновь попытку получить и решить задачу 4-го уровня сложности. Отметим, что у этих студентов наблюдается более высокая познавательная мотивация и мотивация достижения, причем скорее всего доминировала мотивация достижения. Максимальное количество попыток равнялось 196 при решении задач по разделу «Магнетизм», а минимальное количество попыток равнялось 52 при решении задач по разделу «Динамика». В выборке значится 101 студент.
Суммирование количества пройденных попыток, завершившихся переходом на следующий уровень решения задач (так называемых успешных попы-
30
ток), по всем заданиям дает нормальное распределение для соотношения «успешные попытки - количество студентов» (рис. 3).
Оказалось, что не все студенты имеют доступ к интернету. Эти студенты и та часть студентов, которые так и не приступили к заданиям в интернете, выполняли контрольные работы по тем же разделам физики на бумажных носителях. Результаты проверки контрольных работ также укладываются в нормальное распределение при рассмотрении соотношения «оценка - количество студентов».
Студенты второго курса (набор 2016 года) в 1-м семестре изучения физики не пробовали свои силы для решения заданий интернет-ресурса «ИС-МАДИ: физика». Только в начале 2-го семестра изучения физики им были предложены задания по разделу «Колебания». Однако студенты набора 2016 года продемонстрировали неподготовленность к работе в интернете: они не смогли разобраться в условиях выполнения заданий, поэтому не успевали выполнить необходимое количество заданий для перехода на каждый следующий уровень в отведенное время. В сложившейся ситуации при наличии большого количества студентов, не справившихся с интернет-заданиями, пришлось по разделу «Колебания» отказаться от этих заданий и проверять знания студентов путем проведения контрольной работы на бумажных носителях. Кроме этого, после завершения изучения раздела «Колебания» было проведено компьютерное тестирование.
По разделам «Волны», «Волновая оптика» и «Квантовая оптика» эти студенты все же начали работать с информационной системой «ИС-МАДИ:
с е
е
ю
о
е
а
>
25
20
15
10
е и
о р
П
Количество успешных попыток, %
Рис. 3. Соотношение количества успешных попыток решения задач (%) и количества студентов на потоке (%) (1-й курс, набор 2017 года)
5
0
РГР защищена 1 1
■шнн! ■
Задачи трех уровней
■■■II
Не приступали
1
1
20
40
60
100
□ волны
волновая оптика
□ квантовая оптика
Рис. 4. Соотношение количества студентов 2-го курса (набор 2016 года) и решенных ими заданий по трем разделам физики, %
физика». Результаты приведены на рис. 4. Оказалось, что количество студентов, не сумевших научиться работе с интернет-заданиями заметно уменьшилось: с 65% предыдущего семестра до 20.23%.
Из рис. 4 видно, что доля студентов, проигнорировавших требование решать задачи с использованием информационной системы, достигает 20...23%, что очень много. Доля студентов, не сумевших решить задания 4-го уровня, составляет в среднем 30...35%. Успешно справились с задачей от 25 до 40% студентов. Результаты приведены с учетом выполнения срока сдачи решенного задания. На рис. 5 показано соотношение «успешные попытки - количество студентов».
20 и
Максимальное количество пройденных попыток, завершившихся переходом на следующий уровень решения задач (успешных попыток), равнялось 352 для раздела «Квантовая оптика», а минимальное количество соответствовало 32 попыткам для раздела «Волны». Выборка составляет 105 студентов.
К концу семестра подтянулись и те, кто не сразу смог решить задачи 4-го уровня. Для студентов, не приступавших к решению заданий информационной системы, были проведены дополнительные контрольные работы на бумажных носителях. Нормальное распределение получается и при суммировании результатов выполнения контрольных работ для соотношения
«оценка - количество студентов». К сожалению, дополнительные контрольные работы не помогли полностью подтянуть неуспевающих студентов: ~ 11% от общего количества студентов на потоке получили неудовлетворительные оценки на экзамене.
Выводы
1. Увеличение часов на самостоятельную работу студентов заставляет преподавателей искать новые способы интенсифицировать их самостоятельную работу, сопровождая ее обучающим эффектом.
2. Разработанный кафедрой физики МАДИ интернет-ресурс «ИС-МАДИ: физика» существенно усиливает обучающий эффект, приучает студентов систематически работать, развивает познавательную мотивацию и увеличивает мотивацию достижения.
3. Использование информационной системы показало, что студенты младших курсов испытывают затруднения, выполняя задания полностью самостоятельно. У студентов младших курсов не сформирована потребность в еже -дневной работе, нет представлений о самодисциплине.
4. Студенты младших курсов не умеют пользоваться учебной литературой, часто заменяя учебники информацией из интернета. Однако отсутствие твердых знаний по предмету выявляет низкое качество использования интернета для поиска нужной информации.
5. Первокурсники сохраняют школьные знания выборочно по разделам физики, в частности наилучшим образом они решают задачи по динамике, электростатике и законам постоянного тока. Второкурсники значительно хуже помнят и могут использовать школьные знания для решения задач по знакомым им темам, например по теме «Колебания».
6. Результаты использования интернет-ресурса «ИС-МАДИ: физика», требующего каждодневной тщательной работы, вызывает у преподавателей потребность в обучении студентов младших курсов методологии учебной деятельности (как формировать режим дня, как строить план индивидуального овладения тем или иным учебным предметом и т. п.)
7. Использование интернет-ресурса «ИС-МАДИ: физика» не только позволяет сделать вывод о способностях и знаниях студентов 1-го и 2-го курсов технического университета, но и дает срез школьной подготовки по физике в целом по стране, так как в МАДИ учатся юноши и девушки из разных городов России.
5 10 15 20 25 30 35 40 50 55
Количество успешных попыток, %
Рис. 5. Соотношение количества успешных попыток решения задач и количества студентов на потоке (2-й курс, набор 2016 года)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Панфилов С.А., Некрасова Н.Р. Применение мультимедийных технологий в учебном процессе высшей школы // Интеграция образования. 2014. № 1 (74). С. 95-101.
2. Чечеткина Н.В., Сазонова З.С. Организация самостоятельной работы студентов младших курсов // Вестник МАДИ (ГТУ). 2004. № 2. С. 5-8.
3. Якиманская И.С. Основы личностно-ориентированного образования. М.: Бином, Лаборатория знаний, 2011. 224 с.
4. Жураковский В.М., Сазонова З.С., Ткачева Т.М. и др. Управление самостоятельной работой: мировой опыт // Высшее образование в России. 2003. № 2. С. 45-49.
5. Горнов А.О., Усанова Е.В., Шацилло Л.А. Инженерная подготовка в технических университетах Европы и США (сопоставление с естественной фрактальной структурой подготовки). URL: http://dgng.pstu.ru/conf2014/papers/35/ (дата обращения 09.10.2017).
6. Сазонова З.С., Ткачева Т.М. Личностно-ориентированное обучение студентов в техническом вузе // Известия Балтийской государственной академии промыслового флота: психолого-педагогические науки (теория и методика профессионального образования). 2014. № 1 (27). С. 27-35.
7. Чечеткина Н.В. Включение элементов электронного образования в лекционно-семинарскую систему обучения студентов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина. 2014. № 4. С. 135-138.
8. Вербицкий А.А. Психолого-педагогические особенности деловой игры как формы знаково-контекстного обучения. Игровое моделирование / Методология и практика/ под ред. И.С. Ладенко. Новосибирск: Наука, 1987. С. 78-99.
9. Белкова Ю.А., Смык А.Ф., Ткачева Т.М. Организация самостоятельной работы студентов при изучении физики: методические рекомендации / под ред. А.Ф. Смык. М.: Изд-во МАДИ, 2017. 60 с.
10. Смык А.Ф., Спиридонов А.А., Бахтина Е.Ю. и др. Информационная система для эффективного изучения курса физики в ВУЗах // Физическое образование в вузах, 2016. Т. 22. № 1. С. 97-108.
PHYSICS AND MULTIMEDIA IN THE EDUCATIONAL PROCESS OF THE TECHNICAL UNIVERSITY
TKACHEVA T.M., Cand. Sci. (Ph.-m), Associate Prof. of the Department of Physics SMYK A.F., Dr. Sci. (Ph.-m), Associate Prof., Head of the Department of Physics TIMOFEEVA G.YU., Cand. Sci. (Ph.-m), Associate Prof. of the Department of Physics Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI)
(64, Leningradskii Pr., 125319, Moscow, Russia). E-mail: tatmihtka@rambler.ru; E-mail: afsmyk@mail.ru; E-mail: galina.omega@gmail.com ABSTRACT
Current trends of students' self-work formation are stated. The types of multimedia technologies are considered. The Internet resource "IS-MADI: Physics" developed by the teachers of MADI Physics Department allows the teacher to form individual assignments for each student, and every student has the opportunity to use educational materials: this resource is both a learning system and a controlling one simultaneously. The results of the use of "IS-MADI: Physics" by junior students of MADI are presented. It is shown that, thanks to its application, students have an increasing cognitive motivation and motivation of achievement. A comparison of the tasks execution results by the students of the 1st and the 2nd years is carried out. Keywords: self-work of students, information system "IS-MADI: Physics", student-centered technologies, cognitive motivation, motivation of achievement.
REFERENCES
1. Panfilov S.A., Nekrasova N.R. Application of multimedia technologies in the educational process of higher education. Integratsiya obrazovaniya, 2014, no. 1 (74), pp. 95-101 (In Russian).
2. Chechetkina N.V., Sazonova Z.S. Organization of independent work of students of junior courses. Vestnik MADI (GTU), 2004, no. 2, pp. 5-8 (In Russian).
3. Yakimanskaya I.S. Osnovy lichnostno-oriyentirovannogo obrazovaniya [Fundamentals of personality-centered education]. Moscow, Binom, Laboratori-ya znaniy Publ., 2011. 224 p.
4. Zhurakovskiy V.M., Sazonova Z.S., Tkacheva T.M., Chechetkina N.V., Kurbatov S.A. Management of independent work: world experience. Vyssheye obrazovaniye v Rossii, 2003, no. 2. pp. 45-49 (In Russian).
5. Gornov A.O., Usanova Ye.V., Shatsillo L.A. Inzhenernaya podgotovka v tekhnicheskikh universitetakh Yevropy i SSHA (sopostavleniye s yestestvennoy fraktal'noy strukturoy podgotovki) (Engineering training in technical universities in Europe and the USA (comparison with the natural fractal structure of training) Available at: http://dgng.pstu.ru/conf2014/papers/35/ (accessed 09 October 2017).
6. Sazonova Z.S., Tkacheva T.M. Personality-centered training of students in a technical university. Izvestiya Baltiyskoy gosudarstvennoy akademii promyslovogo flota: psikhologo-pedagogicheskiye nauki (teoriya i metodika professional'nogo obrazovaniya), 2014, no. 1 (27), pp. 27-35 (In Russian).
7. Chechetkina N.V. The inclusion of elements of e-education in the lecture-seminar system of students' education. Vestnik FGOU VPO MGAUim. V.P. Goryachkina, 2014, no. 4, pp. 135-138 (In Russian).
8. Verbitskiy A.A. Psikhologo-pedagogicheskiye osobennosti delovoy igry kak formy znakovo-kontekstnogo obucheniya. Igrovoye modelirovaniye: Metod-ologiya ipraktika [Psychological and pedagogical features of the business game as a form of sign-contextual learning. Game modeling: Methodology and practice]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1987. pp. 78-99.
9. Belkova YU.A., Smyk A.F., Tkacheva T.M. Organizatsiya samostoyatel'noy raboty studentovpri izuchenii fiziki: metodicheskiye rekomendatsii [Organization of independent work of students in the study of physics: methodical recommendations]. Moscow, MADI Publ., 2017. 60 p.
10. Smyk A.F., Spiridonov A.A., Bakhtina Ye.YU., Belkova Yu.A., Spiridonova L.V. Information system for the effective study of the course of physics in higher education institutions. Fizicheskoye obrazovaniye v VUZakh, 2016, vol. 22, no. 1, pp. 97-108 (In Russian).
