CC BY
34
УДК 372.835
Баранова Ирина Антоновна
Старший преподаватель, кафедра фундаментального и естественнонаучного образования, Институт цветных металлов и материаловедения, Сибирский федеральный университет, kuskun@yandex.ru, Красноярск
Байкалова Светлана Ивановна
Старший преподаватель, кафедра фундаментального и естественнонаучного образования, Институт цветных металлов и материаловедения, Сибирский федеральный университет, sbaikalova@yandex.ru, Красноярск
СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ИНЖЕНЕРНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА ПО КУРСУ «ФИЗИКА» В ИДЕОЛОГИИ CDIO
Аннотация. Статья посвящена самостоятельной работе студентов инженерных специальностей технического вуза. Отмечено, что самостоятельная работа студентов предусматривается при традиционном обучении, но её содержание изменяется при реализации учебного процесса в идеологии CDЮ. В процессе организации самостоятельной работы по физике в идеологии CDЮ самостоятельная работа не только осуществляется во внеаудиторном изучении дисциплины, но и происходит ее увеличение во время аудиторных занятий через интенсивное использование активных методов обучения. Предложен фрагмент карты применения интерактивных технологий при аудиторном и внеаудиторном самостоятельном изучении теоретического материала по физике. Приведены результаты реальной педагогической практики.
Ключевые слова: самостоятельная работа, всемирная инициатива CDЮ, карта интерактивных технологий, активные методы обучения, проектная работа студентов, компетенции, федеральный государственный образовательный стандарт.
В условиях высокотехнологичных производств и в стремительно меняющихся реалиях мира требуются инженерные кадры, способные к самостоятельному принятию взвешенных и ответственных решений, но система подготовки таких кадров в вузах недостаточно ориентирована на формирование такого специалиста. Для решения этой проблемы правительством России принят ряд документов. Например, в документе «Приоритеты государственной политики в сфере профессионального образования на период до 2020 года...» признано, что «долгосрочным приоритетом является пересмотр структуры, содержания и технологий реализации образовательных программ с учетом требований работодателей, студентов, а также с учетом. экономического развития» страны, чтобы обеспечить «потребности экономики России в кадрах высокой квалификации по приоритетным направлениям модернизации и технологического развития» [11].
В качестве одного из ответов на вызовы современности в инженерном образовании в октябре 2000 года был запущен круп-
ный международный проект «Инициатива CDIO». Название CDIO образовано как аббревиатура английских слов: Conceive -Design - Implement - Operate, что может быть переведено как: «Задумай - Спроектируй - Реализуй - Управляй». В результате внедрения «Инициативы CDIO» в учебный процесс ожидается, что студенты получат глубокие практические знания технических основ профессии, научатся создавать и эксплуатировать новые продукты и системы, обретут понимание важности и стратегического значения научно-технического развития общества [7; 9].
В логике этого проекта в настоящее время проводится обучение студентов технических вузов во всем мире. В России обучение по CDIO осуществляется на некоторых факультетах Томского политехнического университета, Сибирского федерального университета и в ряде других вузов. В процессе обучения в идеологии CDIO используется изучение базовых учебных дисциплин как инструмент для развития проектно-вне-дренческой компетенции. Преподаватели, осуществляющие реальный учебный про-
цесс, должны руководствоваться требованиями федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС), поэтому авторы статьи провели сравнение формируемых компетенций на примере дисциплины «Физика» по стандартам ФГОС и СDЮ для студентов технических вузов по направлению подготовки «Металлургия». Результаты сравнения представлены в таблице 1 и показывают, что принципиальных расхождений между этими стандартами по поводу формируемых компетенций нет. Стандарты (ФГОС и CDЮ) ориентируют современный учебный процесс вуза на формирование ком-петентностей. Ценное в идеологии CDЮ -это формирование проектно-внедренче-ской компетенции. В левой части таблицы представлены обозначения формируемых компетенций по ФГОС и их расшифровка, в правой части приводится трехуровневая нумерация стандартов SyИabus-CDЮ и соответствующие им ожидаемые результаты обучения. Оба стандарта указывают на возрастание значимости самостоятельной образовательной деятельности, считая ее ключевой образовательной компетенцией [9; 12].
Образовательный процесс, организованный в логике CDIO, направлен, прежде всего, на развитие метапредметных компетенций и умений, таких как: целостное мышление (2.3.1), обнаружение и формирование проблемы (2.1.1), моделирование явлений и технологических процессов (2.1.2), оценка и качественный анализ (2.1.3), формулирование гипотезы (2.2.1), анализ информационных источников (2.2.2). А также на развитие личностных компетенций, таких как: работа в коллективе (3.1) и коммуникация (3.2), развитие творческого и критического мышления (2.4.3, 2.4.4). Реализация учебного процесса в идеологии CDIO является системно-комплексной модернизацией всего учебного процесса, что отметил в своем выступлении и представитель Сингапурской Политехнической Академии Singapore Polytechnic Denis Sale на Азиатском региональном совещании по проблемам внедрения стандартов CDIO [14], включая в себя изменение функционала как студентов, так и преподавателей.
На первый взгляд кажется, что раз наблюдается соответствие между развиваемыми
Таблица 1
Сравнение формируемых компетенций в курсе физика по ФГОС и СDЮ для студентов по направлению подготовки «Металлургия»
Компетенции из ФГОС [12] CDЮ [9]
Общекультурные: ОК-3 Способность к коммуникации в устной и письменной формах. ОК-4 Способность работать в команде. ОК-5 Способность к самообразованию и саморазвитию. ОК* Способность к формированию целостного естественно-научного мировоззрения. Общепрофессиональные: ОПК-7 Готовность выбирать средства измерения в соответствии с требуемой точностью и условиями эксплуатации. Профессиональные: ПК-1 Способность к анализу и синтезу. ПК-2 Способность выбирать методы исследования, планировать и проводить эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы. ПК-3 Готовность использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности. ПК-4 Готовность использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, переноса тепла и массы. ПК-5 Способность выбирать и применять соответствующие методы моделирования физических, химических и технологических процессов 1.1. Знание базовых наук. 2.1.1. Обнаружение и формирование проблемы. 2.1.2. Моделирование. 2.1.3. Оценка и качественный анализ. 2.2.1. Формулирование гипотезы. 2.2.2. Анализ печатной и электронной литературы. 2.2.3. Экспериментальное исследование. 2.2.4. Проверка и защита гипотезы. 2.3.1. Целостное мышление. 2.4.3. Творческое мышление. 2.4.4. Критическое мышление. 2.4.5. Знание о собственных личностных навыках, умениях и установках. 2.4.6. Любознательность и непрерывное образование. 2.4.7. Управление временем и ресурсами. 3.1. Работа в коллективе. 3.2. Коммуникация. 4.4.4. Дисциплинарное проектирование
компетенциями по ФГОС и стандартами, определенными CDIO, то нет необходимости внедрять инициативу CDIO, а значит, можно продолжать осуществление учебного процесса в рамках ФГОС. Однако при более внимательном рассмотрении можно заметить, что ФГОС 3, 3+ прописывают увеличение времени, отведенного на самостоятельную работу студентов вне аудиторий, при уменьшении количества часов, запланированных на аудиторные занятия. В учебном процессе, осуществляемом по CDIO, также важное место отводится организации самостоятельной работы студентов, но эта самостоятельная работа осуществляется не только во внеаудиторном изучении дисциплины, но и подразумевает увеличение доли самостоятельной работы во время аудиторных занятий через интенсивное использование активных методов.
Для эффективной работы в этих условиях функции преподавателя должны быть модифицированы от «транслятора знаний» до:
- модератора - менеджера группового обучения, который несет ответственность за результаты обучения, а также создает условия для успешного обучения, выбирает механизмы развития мотивации на саморазвитие [2];
- фасилитатора как побудителя к действию [2; 5];
- супервайзера - осуществляющего педагогическое общение со студентами в процессе их аудиторной работы с учебно-методическими материалами [4].
Параллельно с изменением функций преподавателя возрастает и его ответственность за результативность учебного процесса. Преподаватель должен применять эффективные методики преподавания для достижения по-ставленых целей, на чем настаивает и директор центра «Research on Learning» Университета штата Мичиган профессор Cynthia J. Finell [13]. Эффективность учебной деятельности студента зависит не только от степени подготовленности преподавателя к организации самостоятельной работы студентов на аудиторных и внеаудиторных занятиях, но также и от степени подготовленности самого студента к самостоятельной работе.
Под самостоятельной работой студента мы, присоединяясь к мнению составителей «Нового словаря методических терминов
и понятий» доктора педагогических наук Э. Г. Азимова и доктора педагогических наук, профессора русского языка и литературы, академика А. Н. Щукина, понимаем вид учебной деятельности, выполняемый учащимся без непосредственного контакта с преподавателем или управляемый преподавателем опосредованно через специальные учебные материалы и применение специальных методов [1].
Рассмотрим особенности самостоятельной работы студента по курсу «Физика» в идеологии CDIO, изучаемому бакалаврами по направлению «Металлургия» в Институте цветных металлов и материаловедения Сибирского федерального университета г. Красноярска.
Согласно рабочей программе, составителями которой являются авторы данной статьи, основными целями изучения курса «Физика» как в обычной, так и в программе в идеологии CDIO, являются:
- овладение дисциплинарными знаниями, необходимыми для решения задач инженерной деятельности;
- формирование и развитие у студентов общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций; основное внимание уделяется формированию и развитию проектно-внедренческой компетентности;
- развитие у студентов целостного естественно-научного мировоззрения с единым подходом к изучению природных явлений.
Для достижения указанных целей в рамках данного курса студентам необходимо:
- изучить основные физические явления; овладеть фундаментальными понятиями, законами и теориями классической и современной физики;
- освоить приемы и методы решения конкретных задач из различных областей физики;
- ознакомиться с современной научной аппаратурой, получить навыки проведения физического эксперимента;
- видеть возможности применения физико-математического аппарата и уметь использовать основные понятия, законы и физические модели для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности [12].
Для эффективного обучения студентов в идеологии CDIO предлагается использова-
ние технологий обучения, качественно повышающих активность и самостоятельность студентов во время лекционных и семинарских занятий. С этой целью преподавателями разработаны детализированные учебные планы, включающие в себя перечень инновационных форм и методов работы, направленных на активизацию самостоятельной работы студентов, как на аудиторных, так и во внеаудиторных занятиях. К внеаудиторным занятиям при изучении дисциплины «Физика» традиционно относятся: решение задач, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, работа с обучающими и контролирующими электронными ресурсами.
В таблице 2 представлен фрагмент карты применения интерактивных технологий при аудиторном и внеаудиторном обучении на примере изучения теоретического материала по предмету «Физика» в идеологии CDIO. Подробное описание методов и обоснованность их применения по данной дисциплине не является предметом рассмотрения данной статьи, поэтому мы не будем останавливаться на их детализации. С внедрением в учебный процесс этих методов происходит увеличение доли самостоятельной работы на аудиторных занятиях, а следовательно, и в учебном процессе в целом. Некоторые методы работы в аудитории предполагают
Таблица 2
Фрагмент карты применения интерактивных технологий при аудиторном и внеаудиторном изучении теоретического материала по предмету «Физика» в идеологии CDIO
и Освоение теорети- Изучаемый теоре-
н u ческого материала Метод работы тический матери- Задания на самостоятель-
u к при аудиторном в аудитории ал при внеауди- ную внеаудиторную работу
изучении торном изучении
1 Введение. Вращательное Составить таблицу связи
Кинематика движение характеристик поступа-
(лекция) тельного и вращательного движения
2 Криволинейное Метод мозгового штурма Динамика матери- Подготовка опорного кон-
движение альной точки спекта по теме «Динамика материальной точки»
3 Динамика материальной точки Тематическая дискуссия Неинерциальные системы отсчета Самостоятельный конспект
4 Решение индиви- Метод анализа конкрет- Работа. Энергия Составить презентацию
дуальных задании ных ситуаций «Работа и энергия» по
по динамике группам
5 Работа. Энергия Представление, защита и обсуждение презентаций Удар абсолютно упругих и неупругих тел Функциональный конспект
6 Удар абсолютно Решение индивидуаль- Динамика твердо- Самостоятельный конспект
упругих и неупру- ных задач. Метод анали- го тела
гих тел за конкретных ситуаций
7 Динамика «Карусель» Динамика твердо- Концептуальная таблица по
твердого тела го тела динамике твердого тела
8 Динамика Решение индивидуаль- Элементы механи- Чтение учебной литературы
твердого тела ных задач. Метод анализа конкретных ситуаций ки жидкостей
9 Элементы Смысловое чтение. Деформация твер- Выделить факторы, влияю-
механики Решение индивидуаль- дого тела щие на величину дефор-
жидкостей задач ных задач. Метод анализа конкретных ситуаций мации
10 Деформация твер- Представление проектно- Основы специ- Поиск материала по теме
дого тела исследовательских работ по деформации твердого тела альной теории относительности «Парадоксы СТО»
высокую степень самостоятельности, например, решение индивидуальных задач, метод анализа конкретных ситуаций, смысловое чтение. Часть используемых методов («Карусель» [8, с. 91], метод мозгового штурма [3], тематическая дискуссия [6], выполнение проектно-исследовательских работ) требует участия преподавателя в роли фасилитато-ра, супервайзера, эксперта. Образовательная практика авторов свидетельствует о том, что, несмотря на увеличение самостоятельной составляющей учебного процесса, организующее, направляющее и аналитическое участие педагога является необходимым условием эффективного обучения.
При организации обучения в идеологии CDIO, как было указано выше, важное место занимает формирование и развитие про-ектно-внедренческой компетенции через выполнение проектных заданий. Пакет проектных заданий содержит список предлагаемых проектно-исследовательских работ и паспорт проекта. Паспорт проекта заполняется студентами совместно с преподавателями в ходе выполнения проектной работы и включает в себя следующие позиции: название проекта, уровень исполнения по степени самостоятельности, коллектив исполнителей, проблему и актуальность проекта, связь с профессиональными дисциплинами, цель, задачи, и ожидаемые результаты проекта, формируемые компетенции, заключение, список литературы. Следует отметить, что физика, как базовая дисциплина, изучается студентами-металлургами на первом-втором курсах. Студенты начальных курсов не имеют соответствующей подготовки для выполнения проектных работ, поэтому при организации учебного процесса в идеологии CDIO, мы выполняли не столько проектные, сколько проектно-исследовательские работы, с большим акцентом на исследовательскую составляющую. В таблице 3 представлены примерные темы проектно-исследовательских заданий по физике с детализацией их содержания, предлагаемые студентам-бакалаврам по направлению «Металлургия» в первом семестре.
В отличие от традиционно выполняемых лабораторных работ, детерминированных методическим обеспечением, проектно-ис-следовательские работы проводятся в условиях, когда результат заведомо неизвестен,
что позволяет студентам самим работать над уточнением содержания работы («задумай»). В ходе проектно-исследовательской работы студенты рассматривают несколько возможных способов решения поставленных задач, выбирают и обосновывают оптимальный способ решения («спроектируй»), реализуют выбранный способ («реализуй»), анализируют полученные результаты, предлагая способы улучшения своей установки («управляй»).
Проектно-исследовательские задания относятся к вариативной части рабочей программы. Они не являются обязательными для выполнения всеми студентами. Если студент или группа студентов решили выполнять проектно-исследовательское задание, то это происходит за счет уменьшения числа выполненных лабораторных работ. Но и для тех, кто выбирает выполнение классических лабораторных работ, принципиально изменилась защита этих работ. Она происходит в условиях повышенной неопределенности. Например, при защите лабораторной работы по теории погрешностей и обработке результатов измерений, студентам предлагается определить материал, из которого изготовлены заготовки (измеряя их объем и рассчитывая плотность материала), или определить число «пи», пользуясь телами правильной геометрической формы и т. д. Задания выполняются студентами без пошаговых инструкций, без наличия стандартного набора оборудования. Студенты должны придумать, как и с помощью чего они будут выполнять предложенные задания, и рассчитывать искомые величины с учетом требований теории погрешностей.
Таким образом, в содержании самостоятельной работы студентов по курсу «Физика» в идеологии CDIO произошли следующие изменения:
- значительно увеличилась доля самостоятельной работы во время аудиторных занятий;
- используются активные методы обучения;
- принципиально изменилась форма защиты лабораторных работ;
- внедрена в учебный процесс практика написания и защиты проектно-исследова-тельских работ/заданий студентами.
В качестве некоторых итогов образовательной практики, реализованной на занятиях по физике в идеологии CDIO в экспе-
Таблица 3
Темы проектно-исследовательских заданий
Название Содержание
Исследование движения твердого тела 1. Теоретическое описание основных законов движения твердого тела. 2. Экспериментальное определение типов движения твердого тела; выявление и описание закономерностей движения. 3. Определение кинематических параметров движения твердого тела с использованием законов: - кинематики и динамики; - кинематики и законов сохранения. 4. Выявление зависимости кинематических и динамических параметров от величины и распределения нагрузки, действующей на описываемую систему
Исследование механических свойств материалов 1. Описание механических свойств материалов и методов их измерений. 2. Классификация механических свойств материалов. Выбор методов их измерений. 3. Определение физических характеристик материалов (модуль Юнга, пластичность, хрупкость и т. д.). 4. Снятие диаграммы напряжений для различных материалов. 5. Сравнение экспериментальных результатов с теоретическими моделями
Исследование явлений переноса на примере теплопроводности 1. Изучение законов теплопереноса. 2. Экспериментальное определение коэффициентов теплопроводности различных материалов. 3. Определение скорости теплопередачи при различных параметрах объектов исследования. 4. Определение градиента температуры; проверка соответствия экспериментальных данных теоретической модели теплопроводности
риментальной группе студентов-бакалавров направления подготовки «Металлургия», отметим, что:
- студенты работали более самостоятельно, реже обращались к преподавателю за пошаговой инструкцией, больше пользовались справочной и учебной литературой, интернет-источниками, разговоры студентов во время занятий были более предметными и конструктивными, по сравнению с группами этого же направления подготовки, образовательный процесс в которых организован без CDIO;
- большинство студентов экспериментальной группы отнеслось позитивно к применению активных методов обучения на практических и лабораторных занятиях (87 % - по результатам опроса);
- основным мотивирующим фактором является не более интересная форма учебной работы, а четкая рейтинговая система оценивания (по результатам опроса);
- несмотря на то что часть студентов признали интересными предложенные темы проектно-исследовательских работ, никто из них не взялся за работу над проектом, объ-
ясняя это тем, что они просто перегружены работой над проектами по химии, математике, введению в специальность и другим дисциплинам, изучение которых началось по учебному плану раньше. В связи с этим авторы статьи полагают целесообразным отказаться от практики планирования проек-тно-исследовательских заданий по каждой дисциплине отдельно. Желательно, чтобы студенты выполняли один, но интегрированный проект за семестр.
Библиографический список
1. Азимов Э. Г. Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам) [Электронный ресурс]. - URL: http://methodological_terms.academic.ru/1755/ (дата обращения: 18.06.2015).
2. Дьяконов Б. П. Новые профессиональные роли педагога в современной информационно-образовательной среде // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. - 2014. - № 5. - С. 59-69.
3. Жгарова Ю. А. Применение метода «мозговой штурм» в образовании // Теория и практика образования в современном мире: материалы VI междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург,
декабрь 2014 г.). - СПб.: Заневская площадь, 2014. - С. 13-15.
4. Миронов Д. Ф. Изменение функций преподавателя в современный период // Материалы научно-методической конференции Северо-Западного института управления. - 2011. - № 1. - С. 31-41.
5. Рысбекова А. А. Учитель как фасилитатор и постановщик заданий // Современная система образования: опыт прошлого - взгляд в будущее. - 2014. - № 3. - С. 259-263.
6. Селезнева И. Г. Групповая дискуссия как форма образовательного процесса // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2008. - Вып. 5. - С. 87-88.
7. Трещев А. М. Всемирная инициатива CDIO как контекст третичного образования [Электронный ресурс] // Наука и образование. - 2012. -№ 9. - URL: http://technomag.bmstu.ru/ doc/520108. html (дата обращения: 18.06.2015).
8. Хильченко Т. В. Использование интерактивных методов и приемов на современном уроке английского языка // Вестник Шадринского государственного педагогического института. -2014. - № 1 (21). - С. 90-96.
9. Международный семинар по вопросам инноваций и реформированию инженерного образования «Всемирная инициатива CDIO»: материалы для участников семинара [Электронный ресурс]. - М.: МИСиС, 2011. - 60 с. - URL: http://pandia.ru/text/77/191/18596.php (дата обращения: 18.06.2015).
10. Об утверждении государственной про-
граммы Российской Федерации «Развитие образования» на 2013-2020 годы [Электронный ресурс]: Распоряжение Правительства РФ от 15.05.2013 № 792-р. - URL: http://school564.ru/doc/2013/g-pr-razv.pdf (дата обращения: 18.06.2015).
11. Паспорт подпрограммы 1 «Развитие профессионального образования» государственной программы Российской Федерации «Развитие образования» на 2013-2020 гг. [Электронный ресурс]: Распоряжение Правительства РФ от 22 ноября 2012 г. № 2148-р. - URL: http://base. garant.ru/70265348/ (дата обращения: 18.06.2015).
12. ФГОС по направлению «Металлургия» [Электронный ресурс]: Приказ Министерства образования РФ от 31.05.2011 № 1975. - URL: http:// fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/15/20111115151242.pdf (дата обращения: 18.06.2015).
13. Finell Cynthia J. Educating Ethical Engineers [Электронный ресурс] // European Regional CDIO Meeting. - 2014. - January 16-17. - URL: http:// www.chalmers.se/sv/konferens/cdiomeeting2014/ Pages/Keynote-speakers.aspx (дата обращения: 18.06.2015).
14. Sale Denis. Summary of Learning and First Steps in Implementing CDIO [Электронный ресурс] // The 2013 CDIO Asian Regional Meeting and the Regional Symposium on Rethinking Engineering Education and Policies will be hosted by Singapore Polytechnic on March 26-28, 2013. - URL: http://esd.sp.edu.sg/cdio2013/ PPTslides/Day2/ Implemeting%20CDIO%201.pdf (дата обращения: 18.06.2015).
Baranova Irina Antonovna
Senior Lecturer, Department of fundamental science education of Non-Ferrous Metals and Material Science Institute, Siberian Federal University, kuskun@yandex.ru, Krasnoyarsk
Baikalova Svetlana Ivanovna
Senior Lecturer, Department of fundamental science education of Non-Ferrous Metals and Material Science Institute, Siberian Federal University, sbaikalova@yandex.ru, Krasnoyarsk
CONTENTS OF SELF-TRAINING OF STUDENTS OF ENGINEERING SPECIALTIES IN THE TECHNICAL UNIVERSITY IN THE IDEOLOGY OF CDIO ON THE EXAMPLE OF THE SUBJECT "PHYSICS"
Abstract. This article is devoted to questions of self-training of students of engineering specialties in the Technical University (on the example of Metallurgy direction students of the Institute of Non-ferrous Metals and Materials of Siberian Federal University). It is noted that the self-training of students is also provided in the traditional teaching, but it's content changes due to implementation of the CDIO ideology in the education process. In CDIO approach the self-training is performed not only during extracurricular studies, the share of self-training activities increases in the classroom hours through intensive use of active learning methods. The fragment of a chart of interactive technology implementation in classroom and extracurricular self-training on the theoretical material in physics is proposed. The results of real pedagogical practice are presented.
Keywords: self-training, world initiative of CDIO, card of interactive technologies, active learning methods, project work students, the competence, the Federal State Educational Standard.
Поступила в редакцию 12.10.2015
