CC BY
0Образование. Наука. Научные кадры. 2024. № 2. С. 314 — 318. Education. Science. Scientific personnel. 2024;(2):314 — 318.
МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Научная статья УДК 378.147
https://doi.org/10.24412/2073-3305-2024-2-314-318 NIION: 2007-0062-2/24-112
EDN: https://elibrary.ru/WTVPPN MOSURED: 77/27-004-2024-02-312
Современные методы преподавания физики в техническом вузе
Александр Валентинович Морев1, Ильнара Ильсуровна Тимерзянова2
1 2 Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия
1 amorev@rambler.ru
2 office@unity-dana.ru
Аннотация. В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности содержания обучения и методического обеспечения занятий по физике в высшем техническом учебном заведении. Показано, что подготовка студентов требует использование инновационных подходов и решений, современного учебно-методического обеспечения. Решение фронтальных и многоуровневых задач способствует углубленному пониманию материала, развитию у студентов практических навыков и компетенций.
Ключевые слова: качество образования, методическое обеспечение, практические занятия
Для цитирования: Морев А.В., Тимерзянова И.И. Современные методы преподавания физики в техническом вузе // Образование. Наука. Научные кадры. 2024. № 2. С. 314-318. https://doi.org/10.24412/2073-3305-2024-2-314-318. ЕЭЫ: https://elibrary.ru/WTVPPN.
METHODOLOGY AND TECHNOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION
Original article
Modern methods of teaching physics at technical university
Aleksandr V. Morev1, Ilnara I. Timerzyanova2
1 2 Tyumen Industrial University, Tyumen, Russia
1 amorev@rambler.ru
2 office@unity-dana.ru
Abstract. The article discusses the issue of increasing the effectiveness of the content of teaching methods and methodological support for physics seminars at the university. The use of innovative approaches and solutions, modern educational and methodological support requires the preparation of students. Solving frontal and multi-level problems contributes to an in-depth understanding of the material and the development of practical skills and competencies among students.
Keywords: quality of education, methodological support, practical classes
For citation: Morev A.V., Timerzyanova I.I. Modern methods of teaching physics at technical university // Obrazo-vaniye. Nauka. Nauchnyye kadry = Education. Science. Scientific personnel. 2024;(2):314 — 318. (In Russ.). https:// doi.org/10.24412/2073-3305-2024-2-314-318. EDN: https://elibrary.ru/WTVPPN.
Исследования, посвященные состоянию современного инженерного образования, выявили, что критерием квалификации специалистов является не только объем знаний, полученных в высшем техническом учебном заведении, но и осмысление фундаментальных законов развития современной науки и технологий, навыки критического мышления [1].
Рассмотрим особенности методической системы бакалавриата технического вуза на примере преподавании физики.
© Морев А.В., Тимерзянова И.И., 2024
Практические занятия по физике являются неотъемлемой частью учебного процесса и имеют важное значение для обучающихся, так как способствуют развитию у них особого подхода к решению физико-технических проблем и играют существенную роль в процессе формирования профессиональной компетенции [2]. Данная компетенция позволяет развивать у студентов умение воспринимать и анализировать информацию, строить различные модели, составлять логические схемы, делать выводы.
Семинары логично дополняют лекционные занятия, помогают расширить и углубить зна-
ния, полученные при изучении учебно-методических материалов по курсу физики, способствуют развитию навыков математических вычислений, работы с таблицами и справочной литературой. В процессе решения задач студенты учатся анализировать существующие особенности и границы применимости физических законов и закономерностей.
Эффективность содержания обучения физики в техническом вузе существенно зависит от используемых в образовательном процессе методик и технологий преподавания.
Репродуктивное обучение представляет собой традиционный подход, основанный на информационной и иллюстрационной деятельности преподавателя, а также активности обучающихся по воспроизведению полученных знаний. Основной целью применения такого подхода на семинарах по физике является развитие у студентов навыков решения типовых физических задач.
В рамках репродуктивного обучения преподаватель применяет информационно-иллюстрационные методы и технологии (рассказ, демонстрация, диалог) для представления обучающимся новых теоретических знаний и ознакомления с актуальными методами рассуждения и действий в практической сфере. Во время демонстраций и диалога студенты начинают активно использовать свою ассоциативную память, поскольку знания предоставляются им в готовом виде.
Методика проведения семинара в рамках репродуктивного обучения состоит из нескольких этапов.
Перед семинаром обучающимся рекомендуется выполнить самостоятельную работу по теме предстоящего семинара, которая необходима для эффективного участия студентов в предстоящем занятии, успешного усвоения теоретического материала и развития навыков анализа полученной информации.
В процессе самостоятельной работы студенты должны обращать внимание на ключевые определения, формулы и законы изучаемой темы, а также на примеры, представленные в учебных материалах (лекции, учебные пособия). Перед семинаром студенты могут выписать изучаемые формулы, табличные интегралы и формулы связей между единицами измерений физических величин, а также составить список вопросов, по которым у них возникают трудности, чтобы уточнить неясные моменты, задать вопросы непосредственно на занятии.
При подготовке к практическим занятиям студентам можно рекомендовать не ограничиваться только изучением теоретического мате-
риала, но и использовать дополнительно интернет-ресурсы, что позволит расширить свои знания и получить более полное представление об изучаемой лекции [3].
В рамках репродуктивного обучения семинар должен начинаться с вводной части, в которой кратко обобщается тема предстоящего занятия, а также повторяются основные понятия и формулы. Во время опроса можно вызвать одного из студентов к доске, в то время как остальные могут отвечать с мест. Если обучающиеся сомневаются и не могут дать четких ответов, то преподавателю необходимо помочь им разобраться в затруднении, сделать дополнительные пояснения. Такая дискуссия позволяет повторить материал лекций и проверить уровень подготовки обучающихся к занятиям.
Опыт проведения практических занятий показывает, что студентам не требуется знание всех физических констант. Обучающиеся должны запомнить значение только наиболее значимых постоянных, таких как ускорение свободного падения, молярная газовая постоянная, элементарный заряд и др. Чтобы у обучающихся не было проблем с определением численного значения основных физических констант, им необходимо использовать справочную литературу.
После краткого обобщения темы семинара на доске совместно с одним из студентов решается типовая задача. После решения необходимо провести анализ полученного результата. Ответы студентов на вопросы, задаваемые преподавателем по ходу решения, позволяют оценить, понятны ли условие задачи и предложенный метод ее решения.
В рамках репродуктивного подхода решение последующих задач предлагается выполнять студентам самостоятельно. Важно отметить, что успешность решения задач определяет дальнейший ход проведения практического занятия.
Обобщая опыт проведения семинарских занятий по физике, можно констатировать, что преподаватель должен ориентироваться на следующие условия:
■ если в процессе решения задачи выяснится, что она вызывает затруднения у одного из студентов, то преподавателю необходимо дать ему индивидуальную консультацию прямо на занятии;
■ если несколько студентов не могут решить задачу, то ее решение разбирается на доске с одним из студентов;
■ если все студенты успешно решили задачу, то это дает уверенность преподавателю в том, что студенты освоили метод ее ре-
2024 / № 2 Е^оайоп. Бйепое. БаепйЛс регэоппе!
315
шения и готовы к решению более сложных задач.
Студенты, получившие опыт решения типовых задач, отмечают лучшее восприятие новой информации и значительный прогресс в усвоении готовых алгоритмов решения.
Практика проведения практических задач по физике показала, что основным недостатком репродуктивного обучения является получение студентами быстро забываемых поверхностных знаний, которые не могут быть применены к решению нетипичных физических задач. Отметим, что полученное умение решать типовые физические задачи не может обеспечить качественный переход к их творческому применению.
Методология преподавания физики должна быть направлена на развитие самостоятельности, критического мышления и творчества при решении задач. Одним из эффективных способов, который отвечает данным требованиям, является проблемное обучение.
Проблемное обучение нацелено на активизацию самостоятельной деятельности студентов. Данный подход позволяет развивать аналитические навыки и творческое мышление, применять полученные знания при решении нетипичных физических задач.
Важно отметить, что метод проблемного обучения полностью исключает использование готовых шаблонов решения задач, а активизация самостоятельной работы достигается естественной необходимостью поиска информации, моделировании экспериментов, анализа достоверности решения и формулировки обоснованных выводов.
В рамках проблемного подхода при решении задачи студентам предлагается выполнить следующие действия:
■ ознакомиться с условием задачи;
■ разработать алгоритм ее решения;
■ решить задачу;
■ сделать вывод о необходимости усовершенствования методики решения.
Очевидно, что студентам, использующим такой подход к решению задач, удается получить прочные знания, непосредственно развить свой творческий потенциал и способность находить оптимальные пути решения проблем.
Проблемный метод обучения предполагает работу студентов в небольших подгруппах, что способствует развитию у студентов навыков сотрудничества, самоорганизации и инициативности.
В рамках проблемного подхода до начала работы в подгруппах преподаватель должен разобрать со студентами следующие вопросы:
■ цель использования проблемного метода;
■ роль каждого студента при решении задачи;
■ ожидаемые результаты, которые смогут достичь участники подгрупп при решении задач.
Практика проведения практических занятий по физике при использовании проблемного метода обучения и работе в группах выявила ряд недостатков:
■ процесс группового обсуждения занимает много времени;
■ студенты младших курсов не всегда обладают опытом активного участия в дискуссиях, навыками коммуникации и четкостью в выражении своих идей;
■ некоторые студенты не проявляют инициативу, полагаясь на активность других участников группы;
■ разный уровень подготовки приводит к тому, что предложенное для решения задание может оказаться для некоторых студентов либо слишком простым или, наоборот, сложным.
Наличие выявленных недостатков применения проблемного метода обучения дает основание обратить преподавателю особое внимание на следующие аспекты:
■ постоянный мониторинг процесса решения;
■ мотивацию всех участников группы к активной деятельности;
■ применение дифференцированного подхода, учитывающего уровень подготовки студентов;
■ обязательное поощрение студентов за их достижения.
Выбор того или иного метода обучения должен опираться на образовательные цели и характер изучаемого материала. Важно отметить, что использование только одного метода может существенно ограничить эффективность процесса обучения.
Так, репродуктивное обучение, дающее базовое понимание основных принципов и законов, не всегда помогает обучающимся применить полученные знания на практике. При этом применение на семинарах по физике только проблемного подхода развивает у студентов навыки творческого подхода к решению задач, но вызывает сложности у обучающихся, которые не имеют соответствующей базы знаний.
Недостатки репродуктивного и проблемного методов обучения можно минимизировать при оптимизации и правильной организации учебного процесса.
Практика проведения семинаров по физике показала, что применение комбинации данных
методов обучения позволяет не только развить навыки решения задач, но и способствуют более полному освоению учебного материала студентами. Так, семинар по физике рекомендуется начинать с репродуктивного метода обучения. Это позволит ввести студентов в тему семинара, предоставить основные понятия, законы и формулы, рассмотреть примеры решения задач по общему шаблону. На второй половине занятия можно переходить к проблемному методу обучения, разбить студентов на малые подгруппы, обозначить цели в каждой подгруппе, перейти к практическому применению знаний, полученных в начале занятия.
Отметим, что при изучении некоторых тем, содержащих большое количество формул и алгоритмов и требующих от студентов формального подхода без особого анализа или применения творческих навыков, репродуктивный метод может оказаться единственным или наиболее подходящим способом обучения.
Практика проведения практических занятий показала, что обучение должно осуществляться при постоянной оптимизации содержания методического обеспечения учебного процесса.
Особое место в усвоении теоретических основ физики отводится решению фронтальных и многоуровневых задач.
Фронтальные задачи по физике характеризуются единым условием для всех обучающихся. Решение фронтальных задач играет не только важную роль в изучении и осмыслении студентами основных физических законов непосредственно на семинарах, но и позволяет методически правильно структурировать самостоятельную работу каждого обучающегося с максимальной эффективностью и контролем.
При составлении условий фронтальных задач необходимо создать массив численных значений физических величин, необходимых для решения по вариантам с учетом единиц измерения, точности, диапазона измерений и специфики задачи. Отметим, что для удобства создания и анализа массива данных можно использовать программные средства, такие как языки программирования или специализированные приложения для математических расчетов.
Приведем пример условия фронтальной задачи по разделу «Основы МКТ газов».
Задача. Азот массой т (г) имеет начальную температуру t (°С) и давление р (кПа). В результате изобарного расширения до объем V (л) температура газа повысилась. Найти температуру и плотность газа после расширения. Численное значение массы, начальной температуры и дав-
ления, объема расширения газа взять равным номеру варианта.
Процесс решения фронтальных задач достаточно хорошо вписывается в организацию компьютерной технологии обучения [4].
Анализ усвоения различных способов деятельности студентов показал, что для развития логических структур мышления, получения комплекса знаний, умений и навыков, расширения представления о взаимосвязи физических процессов на семинарах по физике необходимо решать многоуровневые задачи. Важно отметить, что включение многоуровневых задач в учебный процесс позволяет преподавателю оценить уровень понимания студентами изучаемого материала и системный характер полученных знаний.
С методической точки зрения процесс решения многоуровневых задач со студентами на практических занятиях имеет свои особенности, отличающиеся от традиционной формы, и требует от преподавателя творческого подхода и разумной импровизации.
На семинарах обучающиеся не решают многоуровневые задачи как одно цельное задание. Многоуровневые задачи представляют собой системный и последовательный набор подзадач, объединенных одной конкретной темой или разделом физики, требуя от обучающихся знаний физических законов, формул, величин и закономерностей изучаемого раздела, определенного навыка проведения экспериментальных исследований и возможности формулирования выводов.
Рассмотрим пример перечня основных понятий и законов, используемых для решения многоуровневых задачи раздела «Законы постоянного тока»:
■ электрическая цепь;
■ правила Кирхгофа;
■ закон Ома для участка цепи;
■ закон Ома для полной цепи;
■ закон Джоуля — Ленца;
■ мощность;
■ КПД источника тока.
Число подзадач, включенных в многоуровневую задачу, должно определяться с учетом числа часов, отводимых на изучение соответствующей темы на практических занятиях.
В зависимости от уровня подготовки обучающихся преподаватель может варьировать материал по числу искомых величин и количеству исследуемых объектов и процессов, а также по числу необходимых действий для решения подзадачи. Полученный в подзадаче ответ должен быть логически связан с последующими заданиями и может использоваться в качестве условия
2024 / № 2 Education. Science. Scientific personnel
317
к этим заданиям. Важно отметить, что решение каждой подзадачи в рамках изучаемого раздела может рассматриваться как решение отдельной самостоятельной задачи.
Процесс решения заданий, включенных в многоуровневую задачу, и анализ полученных результатов позволяет обучающимся самостоятельно определить, насколько успешно они освоили теоретический материал в ходе прослушивания лекций, а также установить связь между различными элементами учебного материала одного и того же раздела.
Таким образом, при проведении практических занятий важно учитывать тот факт, что рациональный подбор рассматриваемых задач и выбор методов проведения занятий определяет уровень усвоения учебного материала, а также влияет на потенциальные возможности будущих инженеров применять полученные навыки и умения в дальнейшей практической деятельности.
Список источников
1. Морев А.В., Третьяков П.Ю. Проблемы подготовки высококвалифицированных конкурентоспособных инженеров в техническом вузе / / Образование. Наука. Научные кадры. 2017. № 2. С. 164—166.
2. Каменная Е.Ш., Ягафарова Х.Н. Особенности индивидуального подхода в обучении студентов технического вуза при формировании профессиональных компетенций // Мир науки, культуры, образования. 2019. № 5. С. 519—521.
3. Петрова Т.Н., Пьянзина Н.Н. К вопросу об отношении студентов вуза к дистанционному обучению / / Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. 2020. № 3. С. 206—212.
4. Штейнберг В.Э., Манько НН., Вахидова Л.В., Фатхулова Д.Р. Визуальные дидактические ре-гулятивы как инструменты учебной деятельности: развитие и прикладные аспекты // Образование и наука. 2021. Т. 23. № 6. С. 126—152.
References
1. Morev A.V., Tretyakov P.Yu. Problems of training highly qualified competitive engineers in a technical university / / Education. Science. Scientific personnel. 2017. № 2. P. 164—166.
2. Kamennaya E.Sh., Yagafarova Kh.N. Features of an individual approach in teaching students of technical university in the formation of professional competencies / / World of science, culture, education. 2019. № 5. P. 519—521.
3. Petrova T.N., Pyanzina N.N. On the question of the attitude of university students to distance learning / / Bulletin of the Chuvash State Pedagogical University. 2020. № 3. P. 206—212.
4. Steinberg V.E., Manko N.N., Vakhidova L.V., Fatkhulova D.R. Visual didactic regulations as tools for educational activities: development and applied aspects // Education and Science. 2021. T. 23. № 6. P. 126—152.
Информация об авторах
А.В. Морев — профессор кафедры физики и приборостроения Тюменского индустриального университета, доктор физико-математических наук;
И.И. Тимерзянова — ассистент кафедры физики и приборостроения Тюменского индустриального университета.
Information about the authors
A.V. Morev — Professor of the Department of Physics and Instrumentation of the Tyumen Industrial University, Doctor of Physics and Mathematics;
I.I. Timerzyanova — Assistant of the Department of Physics and Instrumentation of the Tyumen Industrial University.
Сведения о вкладе каждого автора Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 08.04.2024; одобрена после рецензирования 08.05.2024; принята к публикации 07.06.2024.
The article was submitted to the editorial office 08.04.2024; approved after review 08.05.2024; accepted for publication 07.06.2024.
