CC BY
28
УДК 378
Antifeeva E.L., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior lecturer, Military Space Academy n.a. A.F. Mozhaysky (St. Petersburg, Russia),
E-mail: antifeeva-spb@yandex.ru
Petrova D.G., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior teacher, Military Space Academy n.a. A.F. Mozhaysky (St. Petersburg, Russia),
E-mail: darya_petrova@inbox.ru
RESEARCH TRAINING AS A MEANS OF FORMING PHYSICAL THINKING. The paper examines questions of physical thinking formation among university graduates through their deeper engagement into scientific research activities. Special aspects and formation phases are being defined as key pillars of natural scientific cognition. Students' exploratory activity is analyzed in terms of the learner-centered approach to educational process along with continuous education concept and according to Federal State Educational Standard in Higher Education requirements in the field of future specialists' training. A model of using research orientation tasks for arranging elective individual study during the Physics course at a university is illustrated. The introduced material presents consolidation of overall experience in the sphere of dealing with professionally-oriented tasks during the Physics course to form research skills within Mozhaisky Military Space Academy students.
Key words: approaches in education, research learning concept, physical thinking, research competencies.
Е.Л. Антифеева, канд. пед. наук, доц., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, E-mail: antifeeva-spb@yandex.ru
Д.Г. Петрова, канд. пед. наук, преп., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, E-mail: darya_petrova@inbox.ru
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ ОБУЧЕНИЕ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ
Статья посвящена вопросам формирования физического мышления у выпускников вузов посредством включения этих вопросов в исследовательскую деятельность. Определены особенности и этапы формирования физического мышления как основы естественно-научного способа познания. Исследовательская деятельность обучающихся рассмотрена в контексте личностно ориентированного подхода к обучению и концепции непрерывного образования, а также в соответствии с требованиями ФГОС ВО подготовки будущих специалистов. Приведен пример использования заданий исследовательской направленности для организации вариативной самостоятельной работы при обучении физике в вузе. Материал, представленный в статье, является обобщением опыта решения профессионально ориентированных задач в курсе физики для формирования навыков исследовательской деятельности обучающихся Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского.
Ключевые слова: подходы в образовании, концепция исследовательского обучения, физическое мышление, исследовательские компетенции.
Концепция исследовательского обучения является одной из основных в современной методике обучения физике. Правомерность такого подхода к обучению физике основана на том, что само содержание предмета дает возможность строить образовательный процесс как совокупность элементов научного исследования. Взяв за основу концепцию исследовательского обучения, сформулированную А.А. Самарским [1; 2], А.С. Кондратьев [3; 4] применил ее к физическому образованию. Таким образом, А.С. Кондратьев интерпретировал физическое образование как учебную модель науки, суть которой заключается в разработке элементов научного исследования.
С точки зрения такого подхода, целью исследовательского обучения должно стать развитие у обучающихся физического мышления, формирование стиля научного мышления, которое послужит базисом для решения исследовательских задач.
Задачи физики, согласно галилеевскому подходу к исследованию, - провести эксперимент, несколько раз повторить его, исключив влияние посторонних факторов, выявить в размытых экспериментальных данных математические закономерности, являющиеся ключевыми, разработать новые эксперименты для подтверждения выявленных закономерностей, а также выявить следствия из этих закономерностей. Исследователь, которым этот алгоритм действий усвоен, обладает физическим мышлением. С этой позиции задачи преподавания физики уходят из информационного поля в методологическое, направленное на формирование у обучающегося исследовательских компетенций.
Исследовательское обучение предполагает постановку проблемы, требующей решения; поиск путей и методов ее решения; проверку возможности использования этих методов решения и адекватности возможных результатов поставленной проблеме; интерпретацию результатов (вывод); подтверждение сделанных выводов новыми экспериментальными данными; обобщение результатов всей проведенной работы.
Исследовательский подход в изучении физики обусловлен рядом факторов. Одним из них является особенность современного развития науки. Это относится не только к физике, но и ко всему комплексу дисциплин естественно-научного цикла. Увеличивающийся разрыв между системой образования и фундаментальной наукой не позволяет подходить к изучению физики как процессу, имеющему завершение. Переход к новому формату высшего образования, повлекший уменьшение продолжительности обучения физике, требует качественно нового подхода к организации учебного процесса. В системе образования произошел переход от трансляции знаний преподавателем обучающемуся к формированию у обучающихся определенных компетенций, которые позволят ему самостоятельно приобретать знания в различных областях науки. А.С. Кондратьев определил сущность научного образования как «сочетание необходимого минимума фундаментальных знаний с новой интенсивной технологий исследований, служащей универсальным средством, не зависящим от отраслевой специфики» [5].
Эффективность исследовательского обучения зависит от того, насколько оно мотивирует обучающихся к генерированию новых представлений и идей, даже если эти представления сформулированы в неявном виде. Высказывания и выдвигаемые гипотезы и предположения могут и должны входить в противо-
речие с фундаментальными представлениями, что будет подталкивать к поиску альтернативных объяснений явлений и нестандартных решений проблем. Круг рассматриваемых явлений должен постоянно расширяться, захватывая новые теории и расширяя горизонт их применимости, что поможет раскрыть прикладное значение исследуемых процессов и перспективность их исследования. Таким образом, применение в исследовательском обучении методов, свойственных научному поиску, способствует формированию условий для развития физического мышления и формирования исследовательских компетенций у обучающихся [6].
Характерными чертами физического мышления, отличающими его от других видов научного мышления, являются:
- опосредованность, обусловленная наличием опосредованных связей (эмпирическая форма познания и система базовых понятий);
- логичность и теоретичность (создание математических моделей физических явлений);
- сбалансированность качественного и количественного описаний явлений (единство физических и математических моделей явлений);
- гибкость (способность видеть изменения состояния физической системы там, где они не очевидны);
- парадоксальность (соединение несовместимых представлений).
Если говорить о формировании физического мышления как поэтапном процессе, то можно сказать, что первичным навыком будет выступать способность обучающегося анализировать и устанавливать причинно-следственные связи между различными состояниями физической системы, а наивысшим - способность предвидеть и обосновать качественные и количественные изменения системы, которые не могут быть объяснены с позиции фундаментальной теории. Примером результата такого мышления может служить квантовая физика (М. Планк, А. Эйнштейн), соединившая классические корпускулярные и волновые свойства света (корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения) в единую систему, позволяющую описать это явление. Другой пример - предсказание Дж. Максвеллом существования электромагнитных волн. Стоит отметить, что в истории физики таких примеров немного, но они перевернули наше понимание устройства мира [7].
Говоря о разработке технологий исследовательского обучения, стоит понимать, что одним из принципов организации такого обучения должен быть принцип непрерывности образования, начиная с курса физики средней школы до изучения физики в вузе и последующим изучением специальных технических дисциплин, определяющих профессиональную направленность выпускника.
Стоит отметить, что вопрос непрерывности образования подразумевает не только временной интервал, но и само содержание учебного материала, позволяющего заглянуть за границы применимости тех или иных теорий и закономерностей. Ограничение обучающегося строгими рамками применимости того или иного физического закона сужает возможности формирования у него научного (в данном случае физического) мышления, исследовательских компетенций и интереса к науке в целом. Как правило, за границами применимости линейных законов скрывается самое интересное, требующее нестандартных подходов к исследованию и изучению различных явлений.
Примером может служить изучение упругих сил в разделе физики «Механика». К сожалению, изучение деформаций в общем курсе физики ограничивается рассмотрением даже не упругих деформаций, а лишь участком пропорциональности, на котором выполняется закон Гука, исключая из рассмотрения пластические деформации, исторыекопровсаадаютсяизменением(уп|кочнением)струк-туре еатериапс,чечприводитвизменетию еыенениннеких вмегиненые своймвс пещества.
Рассмотрение этих вопросов и поиск ответов на них может быть органи-зованотдамыеуваенативной цвмоптоятельвнйработыобедзющимся . Стеинот-ме^есеь, веч ееувецивнаедамоеуояедльнаярамоцадант воьможнедуй негеыенио ргмуеееви^го издиуния маееяиала.но т позвдншдзоеллaтипpoцeсд оВтивиия лнвгюенио ор^иячуеиеванныме ПоаДоцияыаниЙуaмаcтoятeльнoй диво™ и ученое уровня подготовленности обучающего и областью его профессиональных интере-дчнпозволяетыозд ать иядаофо рмпдовдийуоещи п рофдсми от алонйш ко м-одeшeниеминжакeдныxгддaтиделaаемакеИ физичеаднр т ыaгeмaуииюуяит ираоемyдмыxидрулууди.Cедeдждпат заданий
должно отражать направление подготовки будущего специалиста, представлять чн^о0 чни^з иечледеветло, кочедоедолжнрносить о^снье^
нууючатьна тoчlькoкaчeытияннзю, то л l>oлилмеенeнтyюoцeнкyазлeнио. "Гер, для дйучающихсш то мгпшннoутpoитeльнlгlрl cпeуииеьнocтям о каиеттве иссле-мдиaтeльедлro заарния иемет Ьытс нчeдлoжaнoпo (^зулдиатам аоборуеорных иноо^еущванийо-фномнесичонструтиионстои^!ате-^оал^^,^ннони^-лук в ввит ссaуотнид (ноторде еЛвтнюстиния мажет имлдчвт1г нонаcнoяneльля)| янсчитати тс ео-1ике ыоменс Юнча, ру и oьуяелмтуи усдо-ул и инаседзескую десаоуч1асзю Гнн долю а нолшоо д^чГэона^вии). ядeнчoе ну^^иенее уасдтоенио едиан дтоаамн ачнрастяекмнри облайца.аеакжаoMъясиволмшуитизд ззыeнeнияcвлледтммет-|)нсл^ в н^ерсе нооо«ддуен;нтс^. Cтоиуoтмеут■гlе отя дезyoадшммга решдччд ит-eeния юРучнюл^едaая подоивека протесан полндуоитое йаcлалaтaниe, наихнат у т^рд^^с^^ки пре^тдль^н вклдчедpeшриид качезтвениой (ннеуотенн eфтиииеуяoП г^оохлс нчeеcиа(l и;оуич^ст^^инел зедг^'^и (рдичетоуйамыь селечин) н заканчивая опредоллниом лениц ярименооонтш |э^зуо-^от^ь^ь^нк1^оуоаои об^сл^янтоо ^^нтатов ияeкl ^ботет Лд)ивооии мытдуяонндууани гюещоноовтяльиых дей-цитиИн поeкpоглонпaу длcl"<яoодныо рпэзлшогатом ивуоеетьетиa, еюлжн^ етоть свидетельством сформированности у обучающегося физического мышлення з сeь^ьясннl прюлоденуя фьничмpкoгo еитл [8;т].
оа ммчальхeл этиле обдчающийся, пусановиялорст пвмр-
ченную экспериментально зависимость удлинения от растягивающей силы и ис-слoдвeмм;co0аaзмр,дoожeччpнЧсc о колоду ово умячeceзeнyoпoyтим^loаы^с-сяи-^^aLотоpoм каетрпуугая дефлрмлуии,пвoдлджлюмаяут сoлтсcpтиуя ьяooмли^f^"ÍLue м ялтя жeнмр)cоxaни зфлмьлcникнввенхл оефершоцсн тсощаиуя
Рис. 2. Зависимость удлинения от растягивающей силы
изменение межатомного расстояния. Этот механизм сохранятся вплоть до возникновения пластических деформаций.
Следующий вопрос, который должен возникнуть, - что происходит с образцом, когда растягивающая сила прекращает свое действие? А именно то, что пластическая деформация, в отличие от упругой, сохраняется. Т.е. когда растягивающая сила снимается, удлинение, возникшее на участке пропорциональности, уходит (по закону Гука), а пластическая деформация остается. Таким образом, чтобы определить модуль Юнга, количественно упругую и пластическую деформации, можно воспользоваться диаграммой.
Дляоцянки еанстоиши я межеу аеояамипфи упюугош дефо рмнции логичные будет рассмотреть зависимость потенциальной энергии атомов от расстояния мееланми .
Рис. 3. Зависимость потенциальной энергии атомов от расстояния между ними
Анопилатьуоксеми уошанноЫфункюилнотоыысачпныйлнеугии
приведет к выводу, что упругая деформация соответствует части кривой вблизи «дна» потенциальной ямы, когда зависимость W(r) является квадратичной . аДлмшпо.
В случае, когда йг сравнимо с г0 - деформация будет пластичной, и после снятнзласпччинчющеасиллаудыг наблюд утлсяоннааочнолчеМочдасля.
Для установления механизма пластической деформации следует обратить инчмание наизоесенее формы обиозуа.птосыияетельшивнен сдвига атомных слоев относительно друг друга (это очевидно у материалов с япьн в лшaмоннoйчлoщaдиoЧныкаyecеи).
В продолжение исследовательской работы обучающимся может быть пред-лоооня н помoщьюйтягpемыногопачетаФЛеФ 1Лем4 .(^югуклтоеачыфъется приложением МаАаЬ, построить математическую модель, описывающую рассмо-тpоннйleнoоуeеcпl. Для кллогоызучалтнов дилфaмонl,пoыичаз^^oH нксеери-ментально, могут быть подобраны уравнения и определены константы, которые ^^^Лфанан^пта^^сти апшиымать пичцеан
Стоит отметить, что сегодня использование компьютерного моделирования нвляятся обязательной составляющей исследовательского процесса. Перенося на логическую машину вычислительную часть научного поиска, исследователь может папномгеючканпеьтизеоютьот нлнноцлссшлочака объесилуиелсоснро-ения физической модели явления. Таким образом, вычислительная физика ста-еа нооеълмлымчфначолнлнием к эксплримлнтальной и те^р^л^н^еас^с^у физпку, позволяющим исследователю прогнозировать и открывать новые явления, зако-ьeАЛЧнeнти,таeсли.
Развитие у обучающихся интереса к науке, формирование стиля научного мшиллчиня н^а^леж^^счдаьг^^ь^^р^^т^етн^!^ зпшалнй ооеченияфф^1^н. Поетанонкч и решение исследовательских задач в процессе обучения должно стать отличи-ч ер той а^люа^ь^н^г^пн^я^^н ер ногоофрачования, а изелчлнпл Эн Канта о том, что «физика - это не опытное исследование природы, а исследование ради опыта» сегодня как никогда отражает проблему постановки исследовательского обучения физике.
Библиографическийсписок
1. СамарскийА.А. Неизбежностьновойметодологии.Москва:«Коммунист»,1989; № 1: 84-92.
2. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование. Москва, 1997.
3. КондратьевА.С.Физикакак учебныйпредметвтретьемтысячелетии. Физикавшколе ивузе.Санкт-Петербург, 2001.
4. Кондратьев А.С. Современные тенденции развития физического образования. Тезисы докладов Международной научно-методической конференции ФССО-95. Петро-заводск,1995.
5. Кондратьев А.С. Физическое образование как учебная модель науки. Тезисы докладов Международной конференции ФССО-97. Волгоград, 1991.
6. Шарипов Ф.В. Технология исследовательского обучения. Международный журнал экспериментального образования. 2016; № 5-3: 371 - 374.
7. Холодная М.А. Психология интеллекта: парадоксы исследования. Томск: Издательство Томского университета «Барс», 1997.
8. Антифеева Е.Л., Ханин С.Д., Ходанович А.И. Физическое образование и проблема развития физического понимания. Тезисы докладов Международной конференции ФССО-2003. Санкт-Петербург, 2003.
9. Антифеева Е.Л., Петрова Д.Г., Фомичева Е.Е. Физическое моделирование и формирование навыков исследовательской деятельности обучающихся. Мир науки, культуры, образования. 2020; № 4 (83): 219 - 220.
References
1. Samarskij A.A. Neizbezhnost' novoj metodologii. Moskva: «Kommunist», 1989; № 1: 84 - 92.
2. Samarskij A.A., Mihajlov A.P. Matematicheskoe modelirovanie. Moskva, 1997.
3. Kondrat'ev A.S. Fizika kak uchebnyj predmet v tret'em tysyacheletii. Fizika v shkole i vuze. Sankt-Peterburg, 2001.
4. Kondrat'ev A.S. Sovremennye tendencii razvitiya fizicheskogo obrazovaniya. Tezisy dokladov Mezhdunarodnoj nauchno-metodicheskoj konferencii FSSO-95. Petrozavodsk, 1995.
5. Kondrat'ev A.S. Fizicheskoe obrazovanie kak uchebnaya model' nauki. Tezisy dokladov Mezhdunarodnoj konferencii FSSO-97. Volgograd, 1991.
6. Sharipov F.V. Tehnologiya issledovatel'skogo obucheniya. Mezhdunarodnyj zhurnal 'eksperimental'nogo obrazovaniya. 2016; № 5-3: 371 - 374.
7. Holodnaya M.A. Psihologiya intellekta: paradoksy issledovaniya. Tomsk: Izdatel'stvo Tomskogo universiteta «Bars», 1997.
8. Antifeeva E.L., Hanin S.D., Hodanovich A.I. Fizicheskoe obrazovanie i problema razvitiya fizicheskogo ponimaniya. Tezisy dokladov Mezhdunarodnoj konferencii FSSO-2003. Sankt-Peterburg, 2003.
9. Antifeeva E.L., Petrova D.G., Fomicheva E.E. Fizicheskoe modelirovanie i formirovanie navykov issledovatel'skoj deyatel'nosti obuchayuschihsya. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2020; № 4 (83): 219 - 220.
Статья поступила в редакцию 06.11.20
УДК 378
Biryukova N.V., senior teacher, FGBOU VO State Agrarian University of the Northern Trans-Urals (Tyumen, Russia), E-mail: n.biriukova@bk.ru
PROJECT METHOD AS A METHOD OF INCREASING MOTIVATION TO STUDY NON-PROFILE SUBJECTS AMONG UNIVERSITY STUDENTS. The article discusses the application of the project method of teaching mathematics to university students. The need to apply this method is due to the low motivation of students to study non-core subjects. The article examines the role of the method of projects for increasing the cognitive interest in a non-core subject, the formation of a value-semantic attitude to the learning process, the development of research experience, and the stimulation of students' subjectivity. The work presents examples of implemented educational projects in mathematics, describes the stages of organizing the project activities of students, and draws conclusions about the need to use this method as an effective means of increasing students' motivation for independent and meaningful mastering of mathematics.
Key words: project method, motivation, mathematics, training, professional activity.
Н.В. Бирюкова, ст. преп., ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень, E-mail: n.biriukova@bk.ru
МЕТОД ПРОЕКТОВ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ МОТИВАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ НЕПРОФИЛЬНЫХ ПРЕДМЕТОВ У СТУДЕНТОВ ВУЗА
В статье рассматривается применение проектного метода обучения математике студентов вуза. Необходимость применения данного метода обусловлена низкой мотивацией студентов к изучению непрофильных предметов. В статье исследуется роль проектного метода для повышения познавательного интереса к непрофильному предмету, формирования ценностно-смыслового отношения к процессу обучения, стимулирования субъективности студентов, развития навыков исследовательской деятельности. В работе представлены примеры реализованных учебных проектов по математике, описаны этапы организации проектной деятельности учащихся, сделаны выводы о необходимости использования метода проектов как эффективного средства повышения мотивации студентов к самостоятельному и осмысленному изучению непрофильного предмета.
Ключевые слова: метод проектов, мотивация, математика, обучение, профессиональная деятельность.
Задача каждого вуза - подготовить квалифицированного, конкурентоспособного специалиста, обладающего целым набором профессиональных компетенций, социально мобильного, умеющего самостоятельно действовать в различных ситуациях и решать нестандартные задачи [1].
Необходимым условием эффективного обучения студентов высшей школы является использование в учебном процессе современных методов обучения, одним из которых является зарекомендовавший себя метод проектов, разработанный американским лингвистом Джоном Дьюи, содержащий в своей основе методы поиска и исследования. Проектный метод обучения направлен на развитие способности студентов к самостоятельной теоретической и экспериментальной работе, умений ставить и решать проблемы, делать выводы; ориентирован на работу в сотрудничестве [2].
Суть и специфика проектного метода достаточно хорошо изучена и подробно описана в работах многих педагогов-исследователей современности [3; 4; 5].
Проблема качества знаний существует в различных предметных областях, но наиболее заметна при обучении в вузах непрофильным дисциплинам, так как зачастую студенты не осознают целей изучения в вузе таких предметов, не видят их практического применения в будущей профессии и поэтому не особо заинтересованы в их успешном изучении. В то время как устойчивый познавательный интерес студентов, их мотивация - один из критериев эффективности процесса обучения в вузе, а также условие, обеспечивающее качество знаний по предмету.
В последние два десятилетия проблема учебной мотивации студентов стала темой исследования многих ученых, предложивших свои способы решения проблемы, среди них следующие: контроль знаний (И.О. Каменева, 2009); психологические средства (Т.А. Кононова, 2006); электронные учебники (М.С. Татари-нова, И.Б. Эмомов, 2013) и многие другие.
Одним из способов повышения мотивации студентов к более осмысленному изучению непрофильных предметов мог бы стать проектный метод обучения, направленный на развитие личности студента, где важен не конечный результат, а сам процесс получения знаний; где обучающийся становится полноправным участником образовательного процесса и ведёт активную познавательную деятельность.
С позиций контекстного подхода к обучению метод проектов является одной из форм организации квазипрофессиональной деятельности студентов, направленный на стимулирование субъектности студента, реализацию самопобуждаемой и самоорганизуемой деятельности по изучению учебного материала [7].
Рассмотрим примеры использования метода проектов на занятиях по математике. Проекты «Практическое применение треугольника Рёло» и «Применение графов к решению прикладных задач» были разработаны и реализованы студентами аграрных направлений подготовки ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья.
Раздел геометрии, изучающий геометрические фигуры и их свойства, как показывает практика, не вызывает особого интереса у учащихся, и поэтому в качестве эксперимента для повышения мотивации к изучению раздела студентам был предложен проект «Практическое применение треугольника Рёло». Проект был призван продемонстрировать практическую значимость геометрии в повседневной жизни.
При ведении работы над проектом преподаватель решает следующие задачи:
1) обучить студентов планированию (определить цель, выработать план достижения цели, создать рабочие группы по 2 - 3 человека, распределить обязанности, определить сроки);
2) раскрыть назначение и специфику изучения геометрии; сформировать умения выделять причинно-следственные связи, структурировать информацию,
