CC BY
83
УДК 372.853
Попцов Андрей Николаевич
ФГОБУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Лысьва1
Доцент кафедры естественнонаучных дисциплин
Модульно-рейтинговая система обучения физике в техническом вузе, как способ учебной адаптации первокурсников
Аннотация. Поступление в вуз сопровождается переходом в новую систему образования, новую социальную среду, вызывающим необходимость учебной адаптации первокурсников. Мы предлагаем решить эту проблему при помощи методической системы учебной адаптации первокурсников, которая обеспечивает уровень обучения, соответствующий образовательным стандартам, и позволяет сохранить контингент обучающихся. Эта система опирается на принцип адаптивности, минимакса, психологической комфортности, модульно-рейтинговый и индивидуальный подходы. Важную роль играет применение информационно-коммуникационных технологий. Нами разработаны: электронный учебно-методический комплекс по физике с использованием планов обобщенного характера, плана деятельности по выполнению эксперимента; адаптивные тесты на основе программы SanRav TestOfficePro. Эффективность этих средств доказана выявлением уровня учебной адаптации студентов, который выявлялся через использование следующих критериев: мотивационно-ценностного отношения к процессу обучения физике; сформированности общеучебных умений; уровня знаний и умений по физике; уровня сформированности естественнонаучного мышления.
Ключевые слова: учебная адаптация; модульно-рейтинговая система; информационно-коммуникационные технологии; обучение физике; электронный учебно-методический комплекс; учебный модуль; адаптивный тест; решение задач; алгоритм; план деятельности.
1 618900, Лысьва, ул. Ленина, 2 1
Как показывает мониторинг, проводимый в рамках реализации методической системы учебной адаптации, у большинства первокурсников не сформированы общие учебные умения. Оказываясь в новых для них условиях, студенты испытывают большую интеллектуальную и физическую нагрузку при необходимости слушать, осмысливать и конспектировать лекционный материал. Лекционные занятия по физике выполняют в основном мотивационно-познавательную функцию.
Рассмотрим построение курса «Физика» в модульной системе по направлению подготовки 230100.62 Информатика и вычислительная техника (квалификация (степень) «бакалавр») в соответствии с ГОС ВПО:
1 семестр. Механика.
Модуль 1.1. Кинематика и динамика поступательного и вращательного движения. Модуль 1.2. Работа, мощность, энергия. Элементы механики сплошных сред. Модуль 2. Механические колебания и волны. Модуль 3. Молекулярная физика и термодинамика.
2 семестр.
Модуль 4. Электростатика.
Модуль 5. Постоянный электрический ток.
Модуль 6. Магнитное поле, явление электромагнитной индукции.
3 семестр.
Модуль 7. Электромагнитные колебания и волны. Геометрическая и волновая оптика.
Модуль 8. Квантовая оптика. Атомная физика.
Модуль 9. Ядерная физика. Физика элементарных частиц.
При переходе на рабочие программы в соответствии с ФГОС построение курса физики для этой специальности стало выглядеть так:
1 семестр.
Модуль 1. Механика. Модуль 2. Колебания и волны.
Модуль 3. Термодинамика и статистическая физика. Модуль 4. Электростатика и постоянный электрический ток.
2 семестр.
Модуль 5. Магнетизм. Модуль 6. Оптика. Модуль 7. Квантовая физика. Модуль 8. Ядерная физика.
Раскроем, для примера, содержание одного из модулей. Модуль 8. Ядерная физика.
8.1. Основы физики атомного ядра (Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите).
8.2. Элементарные частицы (Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки. Слабое взаимодействие).
Основным ядром учебного модуля, раскрывающим содержание отдельной темы курса, является информационное обеспечение в виде подробных конспектов лекций, методических указаний к лабораторным работам и практических заданий для самостоятельной работы студента.
Вся необходимая информация содержится в методическом пособии, состоящем из трех частей, по количеству семестров в соответствии с ГОС ВПО второго поколения. Пособия представлены в печатном и электронном видах. В связи с переходом на ФГОС методическое пособие отредактировано в соответствии с новыми учебными планами по физике и состоит из двух частей. Методическое пособие содержит: перечень необходимых знаний и умений, лекции, практические задания, лабораторные работы, примеры тестовых заданий для итогового и промежуточного контроля по каждому модулю.
1. Каждый модуль имеет соответствующее программное обеспечение для ЭВМ в виде автоматизированной базы данных и автоматизированной контролирующей системы на основе программы SanRav TestOfficePro, сформирована тестовая база разноуровневых заданий по каждому модулю, позволяющая создавать адаптивные тесты. [1; 2].
Приведем примеры заданий разного уровня сложности по теме «Электростатика»:
Первый уровень:
«Электрическое поле создано бесконечно большой положительно заряженной плоскостью. Направление градиента потенциала соответствует вектору.. .»(рисунок 1)
1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) 4; 5) 5.
Рис. 1. Рисунок к задаче (составлено автором)
Второй уровень:
«Емкости двух последовательно соединенных конденсаторов 2 мкФ и 4 мкФ. Напряжение на батарее конденсаторов 3 В. Тогда заряд батареи равен.»
1) 4 Кл 2) 4 мкКл 3) 18 Кл 4) 18 мкКл
Третий уровень:
(впишите полученный ответ)
«Амперметр имеет сопротивление 0,02 Ом, его шкала рассчитана на 12 А. При измерении токов до 60 А шунт должен обладать сопротивлением... (кОм)»
При проверке достижения обучения осуществляется проверка способности обучаемого владеть несколькими необходимыми умениями. Количество контрольных мероприятий от 3 до 5 для одного модуля достаточно для демонстрации достижения цели обучения.
Результат обучения непосредственно задает критерии оценки результата, которые могут быть представлены в виде описания способа выполнения деятельности или получаемого в итоге продукта деятельности.
Описание критериев содержит: объект деятельности, выполняемое действие, качество выполнения действия и ссылку на стандарт описываемого действия. В процессе разработки критериев необходимо следить за тем, чтобы задавалась лишь та деятельность, которая заложена в результате обучения. Для каждого отдельного результата обучения рекомендовано от 4, но не более 6 критериев.
Уровень освоения раскрывает глубину и/или диапазон освоения умения, необходимого для достижения результата обучения. В некоторых случаях может не требоваться описания уровней, так как вся информация содержится полностью в формулировке самого результата или в критериях его оценки.
Требования к объекту оценки предполагают описание способа доказательства обучающимся достижения результатов обучения и их количество.
Объектом доказательства могут выступать:
1. Продукт деятельности. Оценка при этом основывается на качестве продукта, а критериями оценки являются качественные признаки достижения результата обучения.
2. Практическая деятельность, в которой учитывается качество процесса деятельности. Критерии оценки при этом основываются на поэтапном контроле процесса выполнения задания.
3. Письменное или устное подтверждение усвоенных знаний применяется в тех случаях, когда важно установить, что обучающийся обладает и свободно владеет достаточным количеством информации для формирования определенного умения.
Спецификация модуля содержит его общую характеристику, включающую название модуля, цели обучения, результаты обучения, критерии оценки результатов, уровни освоения, требования к объекту оценки, входные требования, нормативную продолжительность обучения, пояснительную записку. Спецификация каждого модуля должна быть сообщена каждому студенту на первом занятии изучения модуля. Мы в начале изучения курса «Физика» обеспечиваем всех студентов электронной коллекцией, которая содержит спецификацию всех модулей курса.
Изучение каждого модуля предусматривает четыре этапа. Рассмотрим их на примере изучения модуля «Электростатика».
I этап - изучение и анализ специально отобранных фактов; наблюдения и эксперименты, подводящие обучаемых к новому понятию, закону: электризация тел, взаимодействие зарядов, силовое действие электрического поля, поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле, накопляемость электрического заряда.
II этап - формирование структурных элементов физический знаний в процессе перехода от конкретного к абстрактному.
Студент должен знать:
Понятия: электрический заряд, электростатическое поле, электрическая сила, напряженность и потенциал электростатического поля, линии напряженности, эквипотенциальные поверхности, поток вектора напряженности электростатического поля, вектора поляризации и электрического смещения, электроемкость.
Законы: закон Кулона, теорема Гаусса.
Уравнения: напряженность поля точечного заряда; потенциальная энергия заряда в электростатическом поле; потенциал электростатического поля; электроемкость плоского конденсатора; заряд, напряжение и емкость батареи конденсаторов; энергия конденсатора; связь напряженности и электрического смещения.
III этап - формулировка выводов: объяснение причины электризации, характеристики электрического поля, объяснение поведения проводников и диэлектриков при помещении их в электрическое поле.
IV этап - переход от абстрактного к конкретному: применение полученных знаний к конкретным физическим объектам и явлениям: объяснение природного явления «гроза», электризация в быту и технике, характеристики и применение конденсаторов, электростатическая защита, учет и применение законов электростатики в компьютерах.
Для подготовки к промежуточному и итоговому контролю знаний студент получает перечень знаний и умений по каждому модулю, например:
Модуль 4. Электростатика.
Знать: поток вектора напряженности электростатического поля через поверхность; теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме; характер электростатического поля точечного заряда, диполя, равномерно заряженной сферической поверхности, равномерно заряженной бесконечной плоскости; связь напряженности поля и потенциала; дипольный электрический момент; момент сил, действующий на диполь в электростатическом поле; работа по перемещению заряда в электростатическом поле; энергия и объемная плотность энергии электростатического поля.
Уметь: анализировать представленную информацию из графиков и диаграмм; применять теорему Гаусса в условиях конкретной задачи; находить направление напряженности электростатического поля точечного заряда, диполя, заряженной сферы, бесконечной плоскости в произвольной точке; используя связь напряженности и потенциала, находить направление градиента потенциала; находить направление момента сил, действующего на диполь в электростатическом поле; определять знак и величину работы по перемещению заряда в электростатическом поле; определять характер изменения энергии (объемной плотности энергии) электростатического поля при изменении параметров.
Представленная логика движения знания в разделах курса физики позволяет осмыслить реальность как некое единство целого, связующего все познанные фрагменты действительности в единую систему [4], что позволяет сформировать единую физическую картину мира. Изучение учебного материала организуется таким образом, чтобы студенты обнаруживали исходную, всеобщую связь, лежащую в основе физических явлений, чтобы видеть логику «самодвижения» учебного материала, развитие понятий и их взаимосвязь [3]. Студенты получают возможность использовать физические знания при решении типовых задач и задач с учебно-профессиональным содержанием, что с успехом применяют на
спецпредметах, например, при выполнении курсовых работ по дисциплине «Моделирование систем» [5].
Основные методические требования к лекции сформулированы в работе А.В. Усовой: «четкость структуры, логичность, высокий научный уровень, достоверность излагаемых научных фактов, наглядность, образность, эмоциональность изложения» [6].
Использование мультимедийных презентаций позволяет сделать лекции более доступными и яркими, дает возможность наглядно демонстрировать физические эксперименты и явления, схемы и принципы работы современных приборов, привлекать внимание студентов к фундаментальным достижениям и прикладным задачам физики [7].
Лучшему усвоению студентами физических явлений и законов при проведении лекционных занятий способствует применение учебных видеофильмов. Видеоколлекция по физике состоит:
1) из записи демонстраций опытов, которые сопровождаются объяснением наблюдаемых явлений (например, по разделу «Электростатика» -«Моделирование электрического поля заряженных тел разной формы»);
2) записи демонстраций опытов без комментариев (пример по тому же разделу -«Проводники и диэлектрики в электростатическом поле»);
3) обобщающих фильмов по большой теме или разделу курса (пример по тому же разделу - «Законы постоянного тока»);
4) научно-популярных фильмов (пример по тому же разделу - «Применение электроэнергии в быту и технике»).
Для развития естественнонаучного мышления и формирования познавательной мотивации особый интерес представляет обсуждение видеозаписей опытов без готовых комментариев.
Перед демонстрацией необходимо подготовить слушателей к осмыслению наблюдаемого свойства, явления, процесса, закона в соответствии с планом деятельности по выполнению эксперимента [8]:
1) Уяснить цель эксперимента.
2) Сформулировать и обосновать гипотезу, которая ляжет в основу эксперимента.
3) Выяснить условия, необходимые для достижения поставленной цели эксперимента.
4) Спланировать эксперимент, ответив на следующие вопросы:
a) акакие наблюдения провести?
b) какие величины измерить?
0 какие приборы и материалы необходимы для проведения опытов?
d) каков ход опытов и последовательность их выполнения?
e) какие формы записи результатов эксперимента выбрать?
5) Отобрать необходимые приборы и материалы.
6) Собрать установки, электрические цепи.
7) Провести опыты, сопровождаемые наблюдениями, измерениями и записью их результатов.
8) Выполнить математическую обработку результатов измерений.
9) Проанализировать результаты эксперимента, сформулировать выводы.
Работа с планом деятельности по выполнению эксперимента позволяет более осмысленно подходить к выполнению лабораторных работ и способствует формированию навыков и умений научно-исследовательской деятельности.
После видеодемонстрации, которую можно неоднократно повторить целиком или фрагментами, предлагается сделать вывод по наблюдаемому явлению, рассмотреть возможность применения на практике и т.д.
На заключительном этапе лекции студентам предлагаются вопросы для более полного усвоения материала и установления обратной связи (например, какая информация была новой, какие материалы они взяли бы для изучения других предметов и т.д.).
По окончании занятия раздается готовый опорный конспект лекции.
Конспект в дальнейшем переписывается студентом в отдельную тетрадь при домашней подготовке к занятиям. Это позволяет сократить количество ошибок при списывании с доски и сделать рисунки, схемы, математические выводы более понятными. Часть математических выводов задается на дом для более детального изучения материала. На этом же конспекте можно указать номера задач к практическому занятию, сформулировать качественные вопросы и т.д. Практика выдачи опорных конспектов практикуется только при изучении материала первого модуля, а в дальнейшем - проверка и анализ разработанных студентами конспектов при отчете по каждому модулю.
Чтобы научить первокурсников записывать конспект лекции по любому предмету, у них необходимо сформировать следующие общие учебные умения:
1) выделить в лекции и записать главное: определения понятий, основные формулы и т.д.;
2) рационально расположить записываемый материал, используя специальные символы, сокращения и т.д.;
3) правильно оформить рисунки, схемы, графики;
4) быстро находить в конспекте лекции ответ на поставленный преподавателем вопрос.
В начале следующей лекции усвоение основных законов и понятий предыдущего занятия проверяется. Это можно сделать с помощью тестовых заданий открытого типа, например:
Дописать предложение:
1. Механической мощностью называется...
2. Кинетическую энергию тела при поступательном движении можно рассчитать по формуле...
3. Моментом силы называется...
4. Основное уравнение динамики вращательного движения...
5. Момент импульса тела находится по формуле...
Физические задачи - это полигон для того, чтобы научиться оценивать ситуацию и принимать решения, сообразуясь с обстоятельствами, что является ценным качеством для квалифицированного специалиста. При изучении курса общей физики приходится решать
большое количество задач по разным разделам - это неотъемлемая часть всего многопланового процесса изучения основ классической физики. С их помощью студенты применяют положения теории для анализа конкретных ситуаций, учатся логически рассуждать, преодолевая возникающие трудности. Умение решать задачи - умение решать проблемы.
Студентам первого курса необходимо усвоить общие принципы решения физических задач, чтобы сформировать обобщенные умения решать физические задачи. Эти принципы должны быть кратко и понятно сформулированы, так как их описание в учебниках и учебных пособиях по физике для высшей школы не приводится - считается, что умение решать задачи сформировано еще в средней школе.
В трудах А.В. Усовой, Н.Н. Тулькибаевой [9], Е.В. Оспенниковой [10] дана подробная классификация видов задач по физике и алгоритмы их решения.
Рассмотрим методические особенности, на которые мы обращаем внимание первокурсников, развивая их умение решать задачи.
В школе учат тому, что, прочитав задачу, необходимо сделать краткую запись «Дано», «Найти». Мы предлагаем поменять порядок: сначала определяется цель задания - «Найти», а потом анализируется необходимый набор данных - «Дано». Причем данные задачи могут не ограничиваться данными текста, если необходимо применять справочный материал. Поэтому при записи данных надо не подводить под ними черту, а оставить место для возможного появления новых данных. В этом мы согласны с исследованиями методистов Г.А. Розмана [11], А.В. Усовой и А.А. Боброва [8]. Часто при записи данных возникает проблема в обозначении величин. Например, если в задаче по динамике на тело действует несколько сил. Здесь необходимо сначала сделать рисунок к задаче, показав все силы, действующие на тело, а потом вернуться к записи «Дано».
При создании рисунка к задаче необходимо определиться с выбором абстрактной модели, в рамках которой будет проводиться рассмотрение тех условий, в которых находится изучаемая система тел. К сожалению, авторы практически всех используемых сейчас задачников по физике не дают возможности студентам самим выбрать абстрактную модель, указывая: «нить считать невесомой и нерастяжимой», «трением пренебречь», «амперметр считать идеальным» и т.д. В этом случае мы рассматриваем содержание этих понятий при анализе задачи.
Далее необходимо понять, какой физический закон (законы), действует(ют) в данных условиях выбранной абстрактной модели. А для этого надо студентам уметь анализировать формулировки законов, так как в них раскрыты существенные признаки понятий и связи между ними. Например, если убрать из закона сохранения механической энергии фразу об изолированности системы тел, то она просто потеряет физический смысл. Знание формулировок законов и понимание их смыла должно обязательно проверяться на всех этапах изучения курса физики.
Для применения законов необходимо выбрать систему отсчета, в которой эти законы выполняются. Одна и та же задача механики может быть решена в инерциальной и неинерциальной системе отсчета, а для выбора системы отсчета необходимо выбрать тело, с которым связана эта система. А от выбора тела отсчета зависит и выбор системы координат. Необходимо научить студентов выбирать такую систему отсчета, относительно которой данная задача решается более эргономично.
Следующий шаг в решении задачи: на основе физических законов, соответствующих им формул и уравнений с учетом выбора системы отсчета формируется система уравнений, которую необходимо решить. «При аналитическом решении задачи целесообразно записать в первую очередь ту формулу, в которую входит искомая величина. Обычно действуют в
обратном порядке, когда определяемая величина появляется где-то на промежуточном этапе. Нарушается элементарная логика, причинно-следственная связь. Вероятно, из-за этого многие студенты не понимают, зачем была записана какая-то формула, в которой нет определяемой величины и, в конечном счете, не понимают решения задачи» [11, с. 52].
Если уравнения представлены в векторном виде, то необходимо их записать в проекциях на оси, связанные с выбранной системой координат. И здесь мы встречаемся еще с одной проблемой - до 90 % студентов не умеют складывать и вычитать векторы, находить проекцию вектора на координатные оси, находить модуль вектора по его проекциям. Необходимо уделить время (минут 10-15) на вводном занятии, чтобы напомнить, как выполняются эти операции.
Очень часто в полученную систему уравнений подставляются числовые данные задачи, вследствие чего утрачивается логика рассуждений. В целях недопущения таких действий полезно часть задач предлагать решить в общем виде, без числовых данных, добиваясь вывода расчетного уравнения, а потом уже сообщать численные значения величин. Это формирует у студентов системный подход к решению любых задач и проблем.
Особенно полезными в этом случае являются задачи с недостатком данных. Приходится анализировать систему уравнений на количество данных и искомых величин, а в случае необходимости озаботиться поиском новых данных или уравнений. В последние годы в заданиях ЕГЭ по физике встречаются задачи с лишними данными. Учащийся должен уметь выбирать только необходимые данные для решения задачи. Задачи с лишними данными в задачниках по физике, к сожалению, почти не встречаются.
Для проверки правильности решения в задачниках обычно приводят ответы. Это полезно для самопроверки во время тренировочной работы, но играет негативную роль при выполнении контрольных заданий и индивидуальных домашних работ, так как студент иногда делает совершенно необоснованные математические операции, чтобы его ответ соответствовал представленному в задачнике. Для проверки правильности решения необходимо научить первокурсников методу размерностей, что позволит лучше запомнить единицы измерения физических величин и приведет к развитию логического мышления. Если получено численное решение задачи, необходимо оценить достоверность полученного результата с точки зрения разумности. Иногда, к сожалению, авторы задач не проверяют достоверность данных, и приходится признать, что полученная в задаче емкость конденсатора 1Ф является верным ответом.
В процессе обучения мы используем алгоритмы при решении задач.
Приведем пример. Предлагаемый нами алгоритм решения учебных задач по динамике выглядит так:
1. Внимательно прочитайте задачу, смоделируйте рассматриваемую систему реальных тел, используя необходимые для данной модели понятия: «материальная точка», «абсолютно твердое тело», «невесомая и нерастяжимая нить» и т.д.
2. Сделайте рисунок данной модели, изобразите специальными символами скалярные и векторные величины, характеризующие данную систему (масса, силы, ускорения и т.д.).
3. С учетом условия задачи и обозначений рисунка запишите «Найти» и «Дано» (оставьте место в записи данных для возможности их дополнения).
4. Составьте систему уравнений для данного условия задачи на основе физических законов.
5. Если уравнения в векторном виде - запишите их в проекциях на оси в выбранной системе отсчета.
6. Решите полученную систему уравнений в общем виде. Если система не решается, найдите дополнительные данные или уравнения.
7. Проверьте правильность решения методом размерностей.
8. Если есть числовые значения величин, получите ответ в численном выражении.
9. Оцените достоверность полученного результата.
Сначала необходимо контролировать следование этому алгоритму первокурсников, пока у них не выработаются необходимые навыки и умения. Этого же необходимо требовать и учитывать это при выполнении индивидуальных домашних заданий.
В дальнейшем алгоритмы решения задач можно обсудить и составить совместно со студентами [12]. Например, после решения двух-трех задач на закон Био-Савара-Лапласа студенты сами составляют алгоритм решения, а некоторые даже пишут программы по расчету магнитного поля проводника с током разной формы.
Анализ ФГОС ВПО по естественнонаучным и научно-техническим направлениям показывает, что научно-исследовательская деятельность входит в профессиональные компетенции выпускника любой специальности. Фундаментом формирования профессиональных компетенций студентов по техническим направлениям служит физическое образование. В ходе приобретения студентами знаний по физике существенная доля учебного времени отводится лабораторным занятиям.
Лабораторные работы - наиболее простые формы учебной исследовательской деятельности. Выполнение лабораторных работ способствует приобретению личного опыта выполнения исследований. В любой учебной лабораторной работе ставится цель, достижение которой сводится к решению экспериментальной задачи. Студент экспериментально должен получить решение в виде уже известного объективного знания. При выполнении лабораторной работы студенты используют описание, содержащее алгоритм выполнения работы. Мы объясняем это тем, что, к сожалению, лабораторные работы и физический практикум в большинстве школ ввиду объективных (недостаток оборудования) и субъективных причин не проводится или проходит формально, навыки и умения выполнения лабораторных работ у первокурсников не сформированы.
На первой стадии выполнения лабораторных работ (по инструкции) мы требуем четкого выполнения всех пунктов:
1) изучить теоретическую основу эксперимента;
2) ознакомиться с техническими характеристиками и возможностями лабораторной установки;
3) изучить алгоритм проведения опыта;
4) подготовить таблицы для записи измеряемых величин.
После собеседования с преподавателем студенты получают допуск к выполнению работы. При написании отчета каждый студент использует электронный сборник методических пособий лабораторных работ, что позволяет сэкономить время при оформлении отчета и уделить больше внимания ответам на контрольные вопросы по теме исследования. Такой подход к организации лабораторных работ по физике способствует учебной адаптации первокурсников и формирует навыки и умения проведения исследований. Выполнение учебных лабораторных работ по инструкции не способствует развитию умений
самостоятельного планирования, развития естественнонаучного мышления и проведения научного исследования. Этому вопросу необходимо уделить внимание при организации научно-исследовательской работы студентов.
Реальная профессиональная работа сопровождается возникновением новых нерешенных задач. Квалифицированному специалисту необходимо самому проектировать последовательность необходимых действий, которые послужат достижению поставленной цели. Цель проведения лабораторных работ - вооружить будущего специалиста такой технологией деятельности, которая позволила бы самостоятельно проектировать систему последовательных действий, приводящих к решению возникшей задачи [13]. При защите лабораторной работы мы предлагаем вопросы, связанные с возможным усовершенствованием установки, увеличения точности измерений, изменением условий эксперимента, влиянием внешних факторов на проводимые исследования и т.д., что способствует развитию естественнонаучного мышления и формированию практических навыков.
Несмотря на применение модульно-рейтинговой системы, которая подразумевает модульно-балльную шкалу оценивания результатов обучения мы применяем критерии оценок, сформулированные для обучения физике в средней школе [14: 15], так как существующая система образования регламентирует единые фиксированные оценки результатов обучения по четырех бальной шкале. Например, при проверке контрольных работ: «Оценка 3 ставится, если ученик правильно выполнил не менее 2/3 всей работы или допустил не более одной грубой ошибки и двух недочетов, не более одной грубой и одной негрубой ошибки, не более трех негрубых ошибок, одной негрубой ошибки и трех недочетов, при наличии четырех-пяти недочетов».
При устном ответе мы применяем планы обобщенного характера о содержании основных элементов физических знаний, разработанные А.В. Усовой [17].
Пример: Элементы, выделенные курсивом, считаются обязательными результатами обучения, т.е. это те минимальные требования к ответу учащегося, без выполнения которых невозможно выставление удовлетворительной оценки.
Физическая величина.
1. Характеризуемый объект (явление, свойство, процесс)
2. Название величины и ее условное обозначение.
3. Определение.
4. Основная величина или производная.
5. Формула, связывающая данную величину с другими.
6. Единицы измерения.
7. Скалярная или векторная
8. Способы измерения величины.
Физический закон.
1. Словесная формулировка закона.
2. Математическое выражение закона.
3. Опыты, подтверждающие справедливость закона.
4. Примеры применения закона на практике.
5. Условия применимости закона.
Обобщенные планы позволяют студенту систематизировать физические знания и не допускают непредсказуемости выставления оценки преподавателем.
Обязательной и очень важной составляющей учебного модуля является оценка уровня его освоения студентами, что дает возможность рассредоточения контрольных мероприятий в течение семестра, стимулируя студентов к регулярности выполнения всех заданий на протяжении всего периода обучения.
Модульно-рейтинговый подход в обучении предусматривает:
• чтение установочных лекций, дающих обобщающую информацию по узловым вопросам курса, проведение практических занятий и лабораторных работ, направленных на развитие творческих способностей студента;
• материал практических и лабораторных занятий каждого модуля должен быть проработан в комплексе с лекциями, дополняя их содержание изучением нового материала и приобретением определенных практических навыков и умений (овладение методикой расчетов, решения задач с использованием вычислительной техники, проведения инженерного эксперимента с применением современной аппаратуры и т.д.).
Модули имеют различную структуру и объем и обеспечиваются современными методами преподавания. Каждый модуль включает самостоятельную целостную «порцию» учебной информации, каждая единица которой измеряется и оценивается. Поэтому при модульном обучении в наших условиях используется рейтинговая оценка степени освоения модульной учебной программы.
Окончательная оценка по предмету, полученная на традиционном экзамене, содержит элемент случайности: попался «хороший» билет, преподаватель оказался в хорошем настроении или наоборот и т.д. Такая система ставит в одинаковые условия всех: и студента, сдавшего все контрольные мероприятия досрочно, и студента, сдавшего их лишь в зачетную неделю (формально они одинаково успевают).
Рейтинговая же система учитывает текущую успеваемость студента, активизирует его самостоятельную работу, более объективно оценивает знания в результате использования дробной 100-балльной шкалы, формирует основу для дифференциации студентов и позволяет получать информацию о выполнении каждым студентом графика самостоятельной работы [18, 19].
Четырех бальной шкалы («неудовлетворительно», «удовлетворительно», «хорошо», «отлично») явно недостаточно для точной оценки знаний, дифференциации и поощрения успешных студентов, а в рамках одного предмета доступен лишь один способ поощрения -экзамен-«автомат» или зачет-«автомат». Более эффективной, дифференцированной и понятной студентам является 100-балльная шкала, которую легко перевести в традиционную 4-балльную.
Для перевода рейтинга в традиционную оценку предлагается следующая шкала: от 1 до 49 - «неудовлетворительно»; от 50 до 69 - «удовлетворительно»; от 70 до 84 - «хорошо»; от 85 до 100 - «отлично».
Общая оценка - это простая сумма оценок за отдельные контрольные мероприятия. Мы остановились на шкале перевода, условно «50-70-85» (соответственно к шкале «3-4-5»), так как она соответствует большому числу существующих рейтинговых систем.
Все запланированные на семестр контрольные мероприятия по данному предмету оцениваются в своих баллах. С таким расчетом, чтобы сумма баллов за семестр составляла 100. Контрольные мероприятия засчитываются, если оценка за них не меньше зачетной (около
половины или больше от максимума). За несвоевременное выполнение контрольного мероприятия студент штрафуется. Рейтинг по дисциплине вычисляется как сумма двух рейтингов: рейтинга текущей успеваемости (отчеты по каждому модулю) и экзаменационного рейтинга (отчет за семестр).
В рамках разработанной системы, отдельные контрольные мероприятия не могут заменять экзамен в конце семестра, который является важным звеном в процессе обучения. Так как только в процессе подготовки к экзамену студент систематизирует полученные знания и может увидеть дисциплину в целом. Но в силу отсутствия у преподавателя рычагов для поощрения наиболее успешных студентов, в качестве поощрения мы используем экзамен-«автомат», если текущий рейтинг успеваемости больше некоторого порогового. Поощряющий уровень устанавливается так, чтобы итоговый рейтинг студента по дисциплине был не меньше 70, что соответствует оценке «4». Рейтинг за экзамен выставляется отдельно по аналогичной много балльной шкале. Экзамен считается не сданным, если оценка за него меньше зачетной (в нашем случае менее половины от максимума). При получении итоговой оценки за семестр после экзаменационного тестирования студент имеет право повысить свою оценку, повторив процедуру тестирования.
Одна из особенностей разработанной нами рейтинговой системы заключается в возможности варьирования некоторых ее параметров. Эти параметры должны определять преподаватели, которые читают соответствующие дисциплины. В число таких параметров входят: максимальное и зачетное количество баллов по каждому модулю, сроки сдачи модулей, штрафы за несвоевременную сдачу. Основным параметром системы является число, равное сумме максимальных оценок за контрольные мероприятия, которое, в свою очередь, является и максимально возможным текущим рейтингом. Оставшиеся пороговые уровни вычисляются на основании выбранной нами 100-балльной шкалы, 50-процентной границы для удовлетворительной оценки и 70-процентной границы, гарантирующей «автомат» [20].
Все критерии контроля и оценки студентам объявляются в начале семестра и не меняются. В таком случае вопросов о пересдачах экзаменов с целью повышения оценки практически не возникает.
На основании изложенных принципов мы предлагаем следующую систему начисления баллов в модульно-рейтинговой системе по курсу «Физика» для направления 230100.62 «Информатика и вычислительная техника» (табл. 1).
Таблица 1
Количество баллов по видам деятельности
Вид деятельности Кол-во баллов за единицу Макс. возможное число баллов Вид деятельности Кол-во баллов за единицу Макс. возможное число баллов
Аудиторное занятие 0,5 34 Тест по модулю на ЭВМ 2 8
Проверочная работа по учебной единице 1 14 Контрольная работа за семестр 10 10
Выполнение и защита лабораторных работ 2 12 Индивидуальное задание по модулю 2 8
Контрольная работа по модулю 5 20 Реферат 3 3
(составлено автором)
Кроме системы начисляемых баллов мы разработали систему штрафных баллов [21].
В перспективе с введением ФГОС на кафедрах каждую дисциплину переведут на рейтинговые «рельсы»: для этого необходимо определить пороговые критерии, составить по каждой дисциплине раздаточный материал, выдать его каждому студенту либо выложить на образовательный портал вуза. На начальном этапе можно определять только рейтинги по отдельным дисциплинам, на последующих - необходимо совершенствовать систему путем определения семестровых и интегральных рейтингов, разработки системы поощрения наиболее успешных студентов. В процессе заключительного этапа необходимо приступить к разработке и внедрению рейтинговой автоматизированной системы контроля успеваемости. Координировать данную работу должен учебно-методический отдел вуза, так как и идея, и принципы всей технологии модульно-рейтингового обучения требуют разработки системы контроля и оценки студентов на уровне учебного заведения (в нашем случае на уровне филиала вуза).
Результативность описанной системы была доказана в ходе экспериментальной работы.
Полученные в ходе констатирующего этапа эксперимента данные показали низкий уровень учебной адаптации значительной части первокурсников. Анализ экспериментальных данных констатирующего эксперимента показал, что на высоком уровне учебной адаптации находится в среднем не более 10 % студентов; на среднем - 45 %; на низком - около 50 % студентов первого курса. В целом было отмечено, что: основная часть студентов продемонстрировала коммуникативный, избегания и социальный мотивы, что говорит о низком уровне учебной мотивации; уровень сформированности общих учебных умений недостаточен для успешной учебы в вузе; базовый уровень знаний по физике за курс средней школе недостаточен для усвоения программы ФГОС; преобладающими уровнями естественнонаучного мышления являются эмпирически-научный и эмпирически-бытовой.
Результаты педагогического эксперимента подтверждают предположения об эффективности применения методической системы учебной адаптации студентов первого курса
в процессе обучения физике. Стало больше студентов с учебно-познавательной мотивацией, и уменьшился мотив избегания (по данным анкетирования и наблюдения). Заметно сформировались общеучебные умения студентов, находящихся на эмпирически-научной и эмпирически-бытовой стадиях естественнонаучного мышления, и имеется тенденция к их переходу в обобщенные. Вместе с тем, у части студентов, находящихся на синтетической и дифференциально-синтетической стадиях развития естественно-научного мышления, к концу первого курса обобщенные общеучебные умения сформировались. (Выводы сделаны на основе проверки индивидуальных заданий и защиты работ.)
Студенты стали грамотно производить вычисления с использованием современной техники, работать с графической информацией, планировать решение учебных задач и т.д. Особенно это заметно во время проведения практических занятий. Вырос уровень знаний и умений по физике: текущие оценки и оценки за экзамены в основном выше, чем при обучении в школе.
Анализ экспериментальных данных формирующего этапа эксперимента показал, что на высоком уровне учебной адаптации находится в 37% студентов; на низком - 11 % студентов первого курса.
Результаты эксперимента подтверждают гипотезу нашего исследования и показывают эффективность применения методической системы учебной адаптации студентов первого курса
Для успешной реализации и совершенствования методической системы учебной адаптации необходимо применять модульно-рейтинговую систему с использованием модульно-рейтинговой технологии совместно с информационно-коммуникационной и технологией уровневой дифференциации обучения на основе обязательных результатов не только при обучении физике или другим отдельным предметам, но и по циклам дисциплин, что необходимо при переходе на учебные планы ФГОС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попцов А.Н., Суровикина С.А. Использование информационно-коммуникационных технологий в процессе учебной адаптации студентов первого курса при обучении физике // Современные проблемы науки и образования. -2012. - № 5 [Электронный ресурс]. URL: www.science-education.ru/105-7327 (дата обращения: 08.12.2012).
2. Попцов А.Н., Хаматнурова Е.Н. Реализация возможности адаптивного компьютерного тестирования в методической системе учебной адаптации студентов первого курса // Усовские чтения. Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: матер. XVIII междунар. науч.-практ. конф., 14-15 апреля 2011 г. - Челябинск: Край Ра, 2011. - Ч. 1. - С. 102-104.
3. Попцов А.Н. Организация познавательной деятельности студентов // Матерiалы мiждунар. наук.-практ. конф. «Дш науки - 2005». -Днепропетровск: Наука i освгга, 2005. - С. 45-47.
4. Васильев Л.И. Современные подходы к организации познавательной деятельности студентов при изучении курса физики // Среднее профессиональное образование. - 2009. - № 1. - С. 64-66.
5. Попцов А.Н. Основы создания модели профессиональной деятельности будущего специалиста // Проблемы формирования профессиональной компетентности будущего специалиста: материалы межвуз. науч.-практ. конф. 20 декабря 2007 г. - Оренбург: РГППУ, 2008 - С.121-124.
6. Усова А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: курс лекций. -СПб.: Медуза, 2002. - 157 с.
7. Об основных задачах физического образования в техническом университете / И.В. Александров [и др.] // Физическое образование в вузах. - 2009. - № 2. - С. 25 - 32.
8. Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. - М.: Просвещение, 1988. - 112 с.
9. Усова А.В., Тулькибаева Н.Н. Практикум по решению физических задач. - 2-е изд. - М.: Просвещение, 2001. - 206 с.
10. Оспенникова Е.В. Развитие самостоятельности школьников в учении в условиях обновления информационной культуры общества: в 2 ч. Ч. I. Моделирование информационно-образовательной среды учения: монография / Перм. гос. пед. унт. - Пермь, 2003. - 301 с.
11. Розман Г.А. Рационализация некоторых записей студентов в тетрадях // Физическое образование в вузах. - 2008. - № 2. - С. 49-55.
12. Попцов А.Н. Формирование понятия «алгоритм» на практических занятиях по физике у студентов специальности «информатика и вычислительная техника» // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов: матер. XVII междунар. науч.-практ. конф., 17-18 мая, 2010 г. -Челябинск: Изд-во ИИУМЦ «Образование», 2010. - Ч. 1. - С. 238-241.
13. Лобова Г.Н. Технологический подход к исследовательской работе студентов // Физическое образование в вузах. - 2008. - № 2. - С. 92-100.
14. Зинковский В.И. Рекомендации по контролю знаний // Физика: прил. к «Первое сентября». - 2000. - № 9.
15. Проверка и оценка успеваемости учащихся по физике: 7-11 классы: кн. для учителя / под ред. В.Г. Разумовского. - М.: Просвещение, 1996. - 190 с.
16. Усова А.В. Критерии качества знаний учащихся, пути его повышения. -Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2004. - 53 с.
17. Усова А.В. Развитие мышления учащихся в процессе обучения.- Челябинск: Факел, 1997. - 72 с.
18. Добро Л.Ф. Интегральный подход к обучению общей физике: дис. ... канд. пед. наук. - Краснодар, 1999. - 176 с.
19. Катханов М.В., Карпов В.В. Методика разработки и внедрения рейтинг-контроля умений и знаний студентов: учеб. пособие. - М.: ИЦПКПС, 1991. - 48 с.
20. Об основных задачах физического образования в техническом университете / И.В. Александров [и др.] // Физическое образование в вузах. - 2009. - № 2. - С. 25 - 32.
21. Селезнева Н.А. Комплексная оценка качества подготовки выпускников и студентов высшей школы на базе компьютерных технологий // Проблемы оценки качества подготовки специалистов на базе компьютерных технологий: сб. тр. -М.: НИИ школьных технологий. - С. 13.
Рецензент: Хаматнурова Елена Николаевна, завкафедрой гуманитарных и социально-экономических дисциплин, кандидат педагогических наук, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Лысьвенский филиал.
Andrey Poptcov
Perm National Research Polytechnic University, Lysva branch
Russia, Lysva [email protected]
Module-Rating Approach in Teaching Physics at Technical Higher Schools as the Means of First-Year Students'
Educational Adaptation
Abstract. Admission to the University is characterized by switching to a new system of education as well as new social environment, which causes the need to adapt the first-year students to the educational process. We offer to solve this problem by using a methodical system of first-year students' adaptation, which provides the appropriate level of education according to the educational standards, and allows to save the students' contingent. This system is based on the principles of adaptability, min-max, psychological comfort, module-rating and individual approach; ICT training plays an important part as well. We have developed electronic educational-methodical complex in Physics which includes general plans, action plan for the experiment's implementation and SanRav TestOfficePro tests. It has been proved that the successful implementation of the first-year students' adaptation to studying Physics requires the use of the mentioned means through the following criteria: motivational-value attitude to the process; the level of acquired training abilities; the degree of knowledge and skills in Physics and the level of scientific thinking.
Keywords: adaptation; instruction in Physics; modular and rating system; information and communication technologies (ICT); electronic educational-methodical complex; educational module; adaptive test; solution of tasks; algorithm; plan of activity.
REFERENCES
1. Popcov A.N., Surovikina S.A. Ispol'zovanie informacionno-kommunikacionnyh tehnologij v processe uchebnoj adaptacii studentov pervogo kursa pri obuchenii fizike // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. - 2012. - № 5 [Jelektronnyj resurs]. URL: www.science-education.ru/105-7327 (data obrashhenija: 08.12.2012).
2. Popcov A.N., Hamatnurova E.N. Realizacija vozmozhnosti adaptivnogo komp'juter-nogo testirovanija v metodicheskoj sisteme uchebnoj adaptacii studentov pervogo kursa // Usovskie chtenija. Metodologija i metodika formirovanija nauchnyh ponjatij u uchashhihsja shkol i studentov vuzov: mater. XVIII mezhdunar. nauch.-prakt. konf., 14-15 aprelja 2011 g. - Cheljabinsk: Kraj Ra, 2011. - Ch. 1. - S. 102-104.
3. Popcov A.N. Organizacija poznavatel'noj dejatel'nosti studentov // Materialy mizhdu-nar. nauk.-prakt. konf. «Dni nauki - 2005». -Dnepropetrovsk: Nauka i osvita, 2005. -S. 45-47.
4. Vasil'ev L.I. Sovremennye podhody k organizacii poznavatel'noj dejatel'nosti studentov pri izuchenii kursa fiziki // Srednee professional'noe obrazovanie. - 2009. - № 1. - S. 64-66.
5. Popcov A.N. Osnovy sozdanija modeli professional'noj dejatel'nosti budushhego spe-cialista // Problemy formirovanija professional'noj kompetentnosti budushhego special-ista: materialy mezhvuz. nauch.-prakt. konf. 20 dekabrja 2007 g. - Orenburg: RGPPU, 2008 - S.121-124.
6. Usova A.V. Teorija i metodika obuchenija fizike. Obshhie voprosy: kurs lekcij. - SPb.: Meduza, 2002. - 157 s.
7. 7. Ob osnovnyh zadachah fizicheskogo obrazovanija v tehnicheskom universitete / I.V. Aleksandrov [i dr.] // Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. - 2009. - № 2. - S. 25 -32.
8. Usova A.V., Bobrov A.A. Formirovanie uchebnyh umenij i navykov uchashhihsja na urokah fiziki. - M.: Prosveshhenie, 1988. - 112 s.
9. Usova A.V., Tul'kibaeva N.N. Praktikum po resheniju fizicheskih zadach. - 2-e izd. -M.: Prosveshhenie, 2001. - 206 s.
10. Ospennikova E.V. Razvitie samostojatel'nosti shkol'nikov v uchenii v uslovijah ob-novlenija informacionnoj kul'tury obshhestva: v 2 ch. Ch. I. Modelirovanie infor-macionno-obrazovatel'noj sredy uchenija: monografija / Perm. gos. ped. un-t. - Perm', 2003. - 301 s.
11. Rozman G.A. Racionalizacija nekotoryh zapisej studentov v tetradjah // Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. - 2008. - № 2. - S. 49-55.
12. Popcov A.N. Formirovanie ponjatija «algoritm» na prakticheskih zanjatijah po fizike u studentov special'nosti «informatika i vychislitel'naja tehnika» // Metodologija i metodika formirovanija nauchnyh ponjatij u uchashhihsja shkol i studentov vuzov: mater. XVII mezhdunar. nauch.-prakt. konf., 17-18 maja, 2010 g. - Cheljabinsk: Izd-vo IIUMC «Obrazovanie», 2010. - Ch. 1. - S. 238-241.
13. Lobova G.N. Tehnologicheskij podhod k issledovatel'skoj rabote studentov // Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. - 2008. - № 2. - S. 92-100.
14. Zinkovskij V.I. Rekomendacii po kontrolju znanij // Fizika: pril. k «Pervoe sentjabrja». - 2000. - № 9.
15. Proverka i ocenka uspevaemosti uchashhihsja po fizike: 7-11 klassy: kn. dlja uchitelja / pod red. V.G. Razumovskogo. - M.: Prosveshhenie, 1996. - 190 s.
16. Usova A.V. Kriterii kachestva znanij uchashhihsja, puti ego povyshenija. - Chel-jabinsk: Izd-vo ChGPU, 2004. - 53 s.
17. Usova A.V. Razvitie myshlenija uchashhihsja v processe obuchenija.- Cheljabinsk: Fakel, 1997. - 72 s.
18. Dobro L.F. Integral'nyj podhod k obucheniju obshhej fizike: dis. ... kand. ped. nauk. -Krasnodar, 1999. - 176 s.
19. Kathanov M.V., Karpov V.V. Metodika razrabotki i vnedrenij a rejting-kontrolj a umenij i znanij studentov: ucheb. posobie. - M.: ICPKPS, 1991. - 48 s.
20. Ob osnovnyh zadachah fizicheskogo obrazovanija v tehnicheskom universitete / I.V. Aleksandrov [i dr.] // Fizicheskoe obrazovanie v vuzah. - 2009. - № 2. - S. 25 - 32.
21. Selezneva N.A. Kompleksnaja ocenka kachestva podgotovki vypusknikov i studentov vysshej shkoly na baze komp'juternyh tehnologij // Problemy ocenki kachestva podgotovki specialistov na baze komp'juternyh tehnologij: sb. tr. - M.: NII shkol'nyh tehnologij. - S. 13.
