CC BY
41
УДК 531/534+530.1(076) ББК 22.33
Лисичко Елена Владимировна
преподаватель г. Томск
Ларионов Виталий Васильевич
кандидат физико-математических наук, доцент г. Томск
Методика проектно-задачного обучения физике в аудиториях с обратной
связью
В данной статье представлена методика проектно-задачного обучения физике, направленная на формирование профессиональных компетенций студентов технического вуза, реализуемая в 1Т-технологии. Основной задачей данной методики является устранение противоречий, возникающих при традиционной системе обучения.
Современный уровень развития общества, требует высокообразованных специалистов, людей творческих, способных к свободному мышлению. Основным критерием научно-технической деятельности выпускников технических университетов становится способность и готовность создавать новые поколения техники и устройств, востребованных рынком. В этой связи основным результатом деятельности образовательного учреждения должна стать не система знаний, умений, навыков сама по себе, а набор ключевых компетенций [5], что ставит перед современной педагогикой
задачу выработать методы для развития такой конкурентно-способной личности. Компетентный специалист понимается нами, как интегральная личность, которая должна обладать суммарными компетенциями, охватывающими как профессиональную, так и социально-личностную область. В связи с этим введены понятия пяти основных компетенций (специальная, социальная, рефлексивная, коммуникативная, информационная), которыми должен обладать высококлассный специалист при окончании технического вуза
[9].
Традиционный подход к преподаванию в вузе не способствует эффективности обучения, не активизирует познавательную деятельность студента, слабо направлен на развитие ответственности за принятие решений, самостоятельности в учебной деятельности студентов. В связи с этим возникает необходимость пересмотреть формы и методы преподавания физики в вузе на современном этапе.
Основной формой преподавания во всех учебных заведениях до сих пор остается лекция. Традиционно наиболее распространенной является информационная лекция, при которой преподаватель передает знания, а студент их воспринимает. Фундаментализация высшего естественнонаучного образования заключена в придании ему нового качества, которое отражает системность, систематичность и гибкость знаний, обобщенное и целостное представление о естественнонаучной картине мира, охватывающей наиболее общие свойства и закономерности природных явлений. Для современного студента такая форма обучения приемлема весьма относительно. Так как: во-первых, постоянно увеличивается объем учебного материала по курсу, а количество часов уменьшается; во- вторых, при традиционном лекционном обучении студент находится в пассивном режиме восприятия информации, что приводит к снижению уровня осмысления изученного материала, снижению мотивации студентов к обучению; в-третьих, не учитывается психологическая комфортность студента; в-четвертых, данные формы обучения не позволяют
вести подготовку специалиста, умеющего самостоятельно решать инженерные задачи на базе физических знаний.
Таким образом, сегодня речь должна идти о качественно новых целях фундаментального образования, о новых принципах отбора и систематизации знаний, о новой роли личности в учебном процессе. Развитие личности средствами физики предполагает такое построение ее деятельности, при котором у нее развиваются психические компоненты ориентировки и регуляции деятельности, позволяющие ей по мере взросления более сознательно и творчески решать встающие перед нею задачи.
Необходима проблематизация педагогического процесса, где любая проблемная ситуация превращается в учебную проблему, а затем в учебную, проблемную задачу. Причем решенные студентами задачи должны стимулировать их к дальнейшему овладению последующими знаниями и их практическому применению [13,14]. Наиболее эффективно данное положение реализуется в среде 1Т-технологий.
Компьютеры, специализированное программное обеспечение, электронные учебники и другие электронные ресурсы образовательного назначения используются педагогами и студентами по всем дисциплинам общеобразовательной и специальной подготовки. Однако подавляющее большинство существующих обучающих программ малоэффективно. Это означает только одно: создание обучающих программ оказалось более сложным делом, чем это представлялось на первый взгляд, т.к. процесс информатизации связан с решением многих не только методических, но и психолого-педагогических проблем.
Таким образом, на сегодняшний день возникли противоречия: между необходимостью усиления фундаментальной подготовки будущего выпускника технического университета и отсутствием необходимой для этого научно-методической среды; между необходимостью формирования умений работать со знаниями, информацией и в дальнейшем с технологиями в будущей профессиональной деятельности студента технических вузов и
преимущественно репродуктивно-алгоритмическим методом обучения; между необходимостью широкого внедрения новых информационных технологий в учебный процесс вуза и недостаточностью обеспечения этих технологий дидактическим и методологическим обеспечением; между углубленными знаниями по отдельным предметам и отсутствие целостного восприятия и применения имеющихся знаний. Для устранения отмеченных противоречий создана инновационная организационно-технологическая среда, в которой на базе 1Т-технологий осуществляется проектирование, внедрение и эксплуатация интерактивных учебных курсов.
В основе проектирования положен задачный подход, в пространстве которого устанавливается взаимосвязь между системой задач и системой целей. Часто происходит следующее: цели обучения заменяются требованиями государственного стандарта, темами и т.д. При этом цели не диагностируются, не определяется уровень и усвоение материала; цели обучения изолированы, не связаны между собой и с другими элементами как отдельно взятого курса физики, так и всего образовательного пространства по данной специальности. Разработанный нами интерактивный учебный курс по физике направлен на устранение данных недостатков, которые практически неустранимы при использовании традиционной методики обучения. Задачи для достижения поставленных целей подбираются, основываясь на таксономии Д.Толлингеровой [12] Далее формируется система средств, необходимых и достаточных для успешного осуществления всех видов учебной деятельности; соответствующие средства деятельности выступают как прямой продукт обучения; система формирует задачи на осмысление обучаемыми своих действий и рефлексию обучающей деятельности. Обеспечение предложенного задачного подхода в дальнейшем реализуется в компьютерном варианте[10].
Основным функциональным элементом среды является автономный блок, предназначенный для формирования конкретного умения студента решать задачи определенного класса [8]. Автономный блок состоит из практической и теоретической части, включающий все необходимые и
достаточные условия для формирования конкретного умения и понимания, для решения определенного класса задач. Практическая часть, формирующая умения, состоит из определенного класса задач, типового алгоритма решения данных задач, справочников по разным предметам, необходимой помощи. Теоретическая часть, состоит из совокупности теоретических модулей, необходимых и достаточных для формирования осознанного понимания каждого шага алгоритма решения задач, а также видение задачи в целостном контексте. Автономный блок основан на зоне ближайшего развития введенной Л.С.Выготским. Зона ближайшего развития - расхождение между уровнем актуального развития (определяется степенью трудности задач, решаемых студентом самостоятельно) и уровнем потенциального развития (которого студент может достигнуть самостоятельно, при необходимости обращаясь к виртуальному преподавателю). Построение автономного блока в нашей методологии должно удовлетворять критериям творческого подхода, разработанных американским психологом М. Чиксентмихайи [3].
Автономный блок содержит первичные и вторичные блоки. В первичных автономных блоках формирование умения опирается только на теоретические и справочные ресурсы, в т.ч. анимированные. Во вторичных присутствуют три вида ресурсов: практические, теоретические, справочные.
Задачный подход обеспечивает развитие специальной и рефлексивной компетенций. Для развития социальной и коммуникативной компетенций нами применяется проектный метод обучения [6,7] на базе предложенной технологической среды, направленный на формирование умения решения определенного класса задач различными (вариативными) приемами, в зависимости от стиля мышления членов команды. 1Т-технологий позволили отказаться от традиционных организационных форм обучения и осуществить переход к лекционно-практическим занятиям на базе экспериментальной специализированной аудитории с обратной связью, где управление познавательной деятельностью студентов организовано в среде АСУ ПДС (автоматизированная система управления познавательной деятельностью
студентов), разработанной творческим коллективом отдела информатизации образования ТПУ [1,4]. В структуре АСУ ПДС предусмотрены следующие базы данных модели взаимодействия: обучающегося и преподавателя; обучающегося и психолога; преподавателя и психолога.
Взаимодействие преподавателя и студента обеспечивается следующим образом: на первом занятии проводится психодиагностика студентов, для наполнения базы данных модели обучающегося с одновременным обучением работе в данной системе. Психолого-педагогическая обратная связь в АСУ ПДС основана на параметрах модели, где профессионально отобран и адаптирован комплекс психологических методик, определяющих доминирующие тенденции поведения в учебной деятельности студента, определяющих мотивационный механизм: ценностной ориентацией (тест Фанталовой, тест Магомед-Эминовой) , ведущий способ деятельности в достижении цели, стратегия поведения в достижении цели, личностные смыслы; тип мышления: определение конкретной абстрактной составляющей, выраженность технического или гуманитарного типов мышления, а также их развития (тест Амтхауэра); тест Спилбергера - Ханина на тревожность, эмоциональная реакция обучающегося в ситуации проверки его уровня знания, его компетентности в учебном материале [2,11].
Следующее занятие посвящается вводно-обзорной лекции по курсу общей физике с использованием элементов интерактивного учебного курса, таких как динамические, демонстрационные и интерактивные модели, теоретические модули, тесты, проблемные задачи. На данном занятии студентам осваивают методику работы на лекционно-практических занятиях с использованием интерактивного учебного курса, основное преимущество которого состоит в индивидуальной оценки действия каждого студента, т.е. обучение и контроль сводятся в единый процесс. Студент, своевременно получает комментарии на свои действия и видит свои результаты на общей диаграмме экрана коллективного пользования, учится оценивать свои личностные особенности и адекватно оценивать свои возможности, видеть свое место в коллективе.
Предлагаемые средства организации диалога «преподаватель-студент» в новой методико-технологической среде с использованием базы данных модели обучающегося усиливают гармоничное интеллектуальное развитие личности и естественное развитие рефлексивной и социальной компетенций.
Обучение, направленное на развитие специальной, коммуникативной и информационной компетенции осуществляется с использованием метода проектов следующим образом. Первый этап - это работа с преподавателями специальных кафедр, студенты которых проходят обучение по физике. Преподаватели специальных дисциплин формулируют необходимые и достаточные умения, которые должны быть сформированы в процессе освоения фундаментальных дисциплин для их использования в профессиональной учебной деятельности студента. Так для студентов ЭЛТИ для обеспечения надежной работы энергопредприятий, снижения аварийности, повышения долговечности и экономичности работы оборудования энергосистем необходимо овладеть методами неразрушающего (безразборного) контроля. В основе методов неразрушающего контроля и диагностики, используемых в электроэнергетике для контроля технического состояния и обнаружения дефектов оборудования (акустические, электромагнитные, радиационные, радиоволновые, тепловые методы) лежат известные физические законы. Поэтому для полного и глубокого использования современных методик, внедрения в производство новых научно-технических разработок, рационального использования различных аппаратных средств, специалистам необходимо владеть базовыми знаниями в области физики. Например, для контроля электрооборудования 0,4 ч- 750 кВ и воздушных линий электропередачи в настоящее время широко применяется тепловой метод (тепловизионная (инфракрасная)) диагностики. С 1998 года в ТПУ тепловизионная диагностика введена в учебный курс «Объем и нормы испытаний электрооборудования» и широко применяется в промышленности. Применение тепловизионной диагностики основано на том, что наличие некоторых видов дефектов высоковольтного оборудования вызывает изменение
температуры дефектов элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизонными приборами. Для использования данного метода необходимы конкретные базовые физические знания.
ИК-излучение занимает протяженную область спектра - от видимого (красного) света до диапазона радиоволн, т.е. с длинами волн от 0,76 до 1 мм. ИК-излучение, распространяясь в атмосфере селективно поглощается парами воды, углекислым газом, метаном, озоном. Участки спектра с высоким пропусканием ИК - излучений называется атмосферными окнами. Наибольшее значение для контроля теплового состояния объектов имеют диапазоны длин волн 3-5 и 8-14 мкм. При температуре объекта 300 К в диапазоне 3-5 мкм излучается лишь 1,3% теплового потока; на диапазон 8-14 мкм приходится 24,6% излучения, что делает его предпочтительным для дистанционного измерения температуры объекта. Идеальным тепловым излучением является так называемое абсолютно черное тело; его излучение является только функцией температуры. Реальные твердые тела, излучение которых имеет тот же спектр, что и излучение черного тела при данной температуре, называется серыми, их излучение отличается только интенсивностью. Для оценки излучательной способности таких тел используется коэффициент излучения 8. Интегральная плотность излучения для серых тел К=8стТ4, где е - коэффициент излучения, а - постоянная Стефана - Больцмана, Т - температура тела (влиянием температуры внешней среды пренебрегаем). Измерив тепловое излучение объекта и зная значение в, можно определить его температуру.
В курсе физики для студентов ЭЛТИ ТПУ разделу «Тепловое излучение» отводится весьма мало времени. Поэтому для более полного изучения этих разделов студентам предлагается самостоятельно выполнить мини-проекты по вопросам связанным с проработкой и практическим применением теплового излучения применительно к их будущей профессиональной деятельности. Студенты формируют подгруппы и каждый из них разрабатывает свою часть проекта. Необходимый теоретический и практический материал они получают,
используя интерактивный учебный курс, построенный по блочному принципу. Освоение новых знаний и умений происходит при выполнении проекта, который обязательно включает теорию или отдельные ее части, представленные через задачи. Каждая задача сформулирована в обучающем блоке через последовательность шагов, которые обеспечены необходимым и достаточным теоретическим и практическим материалом. Тем самым студент самостоятельно формирует теоретическую и практическую базу для развития своей специальной компетенции.
Студенты разрабатывают проект, и представляют его в виде презентации, используя современные информационные технологии, тем самым формируя собственную информационную культуру и компетенции. Для организации обсуждения проекта и работы представителей других подгрупп, не задействованных в разработке данного подпроекта, каждой группе студентов предлагается составлять тестовые задания по представленному материалу. Таким образом, преподаватель в данной системе играет роль направляющего при подготовке проектов, создании тестовых заданий посредством личных консультаций и в системе on-line, являясь экспертом и выступает равноправный участник данного процесса.
При защите проектов назначаются эксперты из числа студентов потока, которые играют роль экспертов, оценивая защиту по определенным критериям, включающим специальную, коммуникативную, информационную составляющую. Несмотря на то, что защищаются минипроекты, их составляющая направлена на освоение специальных умений. Форма защиты соответствует защите реальных проектов.
Таким образом, создание новой информационно-технологической среды позволяет успешно развивать компетентность студентов по физике, индивидуализировать обучение, оптимизировать накоплененнуго студентами информацию, осуществлять ее закрепление и практическое применение. Библиографический список
1. Агранович, Б.JI. Принципы создания интегрированной автоматизированной системы управления в вузе [Текст] / Б.Л.Агранович, Ю.В. Карякин // Автоматизированные системы управления вузом.: Сб.научных трудов -Новосибирск: Изд-во НГУ, 1980. - С. 12-20.
2. Бодалев, А.А Общая психодиагностика [Текст] / A.A. Бодалев, В.В. Столин. - Сиб. : Изд-во «Речь», 2000. - 440 с.
3. Бубеев Ю. Измененные состояния человека и творчество! [Электронный ресурс] / Ю.Бубеев, В. Козлов // http://www.yogavstrecha.ru/st/bubeev.htm
4. Карякин, Ю.В. Структурно-логическая схема учебного курса как системообразующий элемент технологии автоматизированного управления познавательной деятельностью студента [Текст] /Ю.В. Карякин, Н.Г. Созоров // Материалы научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании. - Новосибирск: ИДМН, 2000. - С. 37-38.
5. Концепция модернизации российского образования на период до 2010г. Приказ Минобразования РФ от 11 февраля 2002 г. № 393
6. Ларионов, В.В. Методические основы проблемно-ориентированной системы практических занятий в техническом университете [Текст] / В.В. Ларионов, Н.С. Пурышева // Сибирский педагогический журнал. -2007,-№10. - С.21-38.
7. Ларионов, В.В. Проектирование и реализация технологии проблемно-ориентированного обучения физике. [Текст] / В.В. Ларионов // - Томск: Изд-во Том.ун-та, 2006. - 282 с.
8. Лисичко, Е.В. Автономный блок, как средство реализации общедидактического принципа преемственности по естественнонаучной подготовке учащихся средней школы и студентов вуза [Текст] / Е.В.Лисичко, Н.Г.Созоров // Сб. научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в системе непрерывного образования. Достижения, проблемы, перспективы». -Новосибирск, 2007.
9. Лисичко, Е.В. Заданный подход на базе инновационной организационно -технологической среды, как средство формирования компетенций современного специалиста [Текст] / Е.В. Лисичко, Н.Г.Созоров // Материалы XIII Юбилейной Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в высшей школе». - Краснодар, 2007. - С. 140-141.
10. Лисичко, Е.В. Подход к разработке интерактивного учебного курса по физике с использованием АСУ ПДС [Текст] / Е.В. Лисичко, Н.Г.Созоров // Материалы всероссийской научно-методической конференции «Повышение качества непрерывного профессионального образования». - Красноярск, 2006. - С.246.
11. Столяренко, Л.Д. Психология и педагогика для технических вузов [Текст] / Л.Д. Столяренко, В.Е. Столяренко. - Ростов н/Д: «Феникс», 2001.- 512 с.
12.Толлингерова, Д. Психология проектирования умственного развития детей / Д. Толлингерова, Г. Голоумова, Г. Канторкова. - М.; Прага, 1994. - 48 с.
13. Тулькибаева, H.H. Решение задач по физике: Психолого методический аспект [Текст] / H.H.Тулькибаева, А.Ф. Фридман, М.А. Драпкин. - Челябинск: Факел, 1995. - 119 с.
14. Тулькибаева, H.H. Методика обучения учащихся умению решать задачи [Текст] / H.H.Тулькибаева, A.B. Усова. - Челябинск: ЧГЖ, 1981. - 86 с.
