CC BY
23
УСИЛЕНИЕ АДАПТАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ И ФИЗИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ХИМИКО-ЛЕСНОГО
КОМПЛЕКСА
Ю.В. Захаров, Е.Ю. Юшкова
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет», 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82; e-mail yuzakharov@mail.ru
Обобщен опыт работы кафедры физики СибГТУ по преподаванию дисциплины «Физика» для бакалавров химико-лесного комплекса. Сформулированы основные проблемы организации учебного процесса: плохая школьная подготовка первокурсников, низкая мотивация студентов к изучению дисциплины, недостаточное количество аудиторных часов и увеличение доли самостоятельной работы студентов, модульный способ обучения, слабые междисциплинарные связи.
Проанализированы динамика базовых знаний первокурсников по основной общеобразовательной программе «Физика» за последние 4 года и причины низкой мотивации изучения дисциплины.
Описаны направления работы кафедры по решению указанных проблем и возможности повышения качества подготовки бакалавров в имеющихся условиях: помощь студентам в адаптации к образовательной среде вуза, усиление физической составляющей образования, внедрение концентрического метода обучения.
Обоснована необходимость адаптационных курсов на различных этапах обучения, рассмотрены две концепции адаптационных курсов: параллельная и последовательная.
Установлена связь между посещаемостью занятий и результатами обучения, имеющая отчетливо выраженный пороговый характер. Предложено объяснение наблюдаемого порогового значения 30% пропусков всех видов аудиторных занятий.
Для кардинального повышения качества подготовки по физике авторы предлагают существенное изменение организации преподавания физики в университете и соответствующее изменение учебных планов при интеграции фундаментальных основ всех общепрофессиональных и специальных дисциплин. Концентрический способ обучения предполагает многоуровневое построение процесса обучения дисциплине, неоднократное возвращение к материалу с осмыслением его в разных ракурсах, на новой качественной основе. Описана предполагаемая структура такого обучения, включающая три концентра.
Ключевые слова: адаптация, качество образования, посещаемость занятий, концентрический метод обучения.
The SibSTU physics department experience on teaching discipline "Physics" for bachelors for chemical-forestry industry is summarized. The basic problems of the educational process are formulated: school poor training, low motivation of students, insufficient number of classroom hours and an increase of independent work of students, the modular training, and weak interdisciplinary communication.
The dynamics of first-year student's basic knowledge on the comprehensive program "Physics" for the last 4 years and the low discipline motivation reasons are analyzed.
We describe the department direction to address these challenges and opportunities to improve the bachelors training quality in the existing conditions: help to students adapt to the university environment, enhance the education physical component, a concentric training method implementation.
The adaptation courses necessity at various training stages is proved. There are two concepts of adaptation rates: parallel and consecutive.
The connection between occupations attendance and training results having threshold nature is established. The explanation of the observed threshold of 30% of admittance cards of all classroom occupations types is offered.
To radically improve the physics training quality, the authors suggest a significant change in the organization of physics teaching in university, and the corresponding curriculum change for the integration of all the fundamentals of general and special disciplines. Concentric way of learning involves tiered construction of the discipline learning process, the repeated return to the material with the comprehension of it from different viewpoints, on a qualitatively new basis. We describe the expected training structure, including three stages.
Key words: adaptation, education quality, attendance of occupations, concentric way of learning.
ВВЕДЕНИЕ
При реализации основных образовательных программ высшего профессионального образования (ВПО) необходимо учитывать современные требования к подготовке специалистов для химико-лесного комплекса (ХЛК). Уровень развития ХЛК во многом определяется интеграцией науки и производства, требующей в свою очередь высокой степени развития инженерной мысли. При этом темпы научно-технического прогресса и динамизм рынка
труда приводят к нарастающему противоречию между универсальностью и специализацией подготовки. Объем и содержание необходимых востребованных специальных знаний постоянно меняются, от специалиста требуется профессиональная мобильность, творческое мышление, систематическое обновление знаний и расширение кругозора. В этих условиях существенно возрастает роль физики, формирующей наряду с другими фундаментальными дисциплинами научное мировоззрение и культуру мышления. Изучение физики направлено
на интеллектуальное развитие личности, имеет высокую степень универсальности, способствует пониманию и объяснению сути, взаимосвязи фактов и явлений из различных областей науки и практики, развивает способности к синтезу знаний из других областей. Велика роль физики в развитии творческих способностей человека и приобретении навыков исследовательской деятельности. В данной статье сформулированы проблемы преподавания физики в техническом вузе, возможные пути их решения, систематизирован опыт работы кафедры физики Сибирского государственного технологического университета.
ПРОБЛЕМЫ ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ В
ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ
Как известно, одним из приоритетов Болонского процесса является фундаментальный характер образования. Будучи непосредственной движущей силой современного производства, фундаментальная наука должна стать и основой современного образования. Фундаментальный характер образования создает для различных направлений подготовки бакалавров и магистров общую естественнонаучную базу, обеспечивая унификацию содержания образования и способствуя повышению уровня мобильности выпускника. Однако одним из результатов нашего участия в Болонском процессе явилось систематическое и неуклонное падение качества фундаментальной подготовки на разных уровнях образования. В полной мере это относится и к подготовке по физике. В настоящее время при организации освоения курса общей физики кафедра сталкивается с целым рядом проблем, среди которых наиболее острыми являются следующие (Захаров и др., 2013):
• плохая школьная подготовка первокурсников;
• низкая мотивация студентов к изучению дисциплины;
• недостаточное количество аудиторных часов, увеличение доли самостоятельной работы студентов;
• модульный способ обучения, приводящий к фрагментарности физических знаний;
• слабые междисциплинарные связи.
Негативные последствия реформы образования
для дисциплины «Физика» прежде всего проявились при освоении школьниками основной общеобразовательной программы. Кафедра физики проводит систематический мониторинг физических знаний первокурсников (Вопилова и др., 2009, 2013) и отмечает факт систематического снижения системных базовых знаний по дисциплине, отсутствие самых элементарных умений и навыков. На рисунке 1 приведены результаты входного контроля знаний первокурсников лесоинженерного (ЛИФ), лесохозяйственного (ЛХФ), механического (МФ) факультетов, факультета автоматизации и информационных технологий (ФАИТ) и факультета механической технологии древесины (МТД) за последние 4 года.
50
40
30
20
10
0
Й к
□ 2012
□ 2013
□ 2014
□ 2015
ЛИФ ФАИТ ЛХФ
МТД
МФ
Рисунок 1 - Динамика базовых знаний первокурсников по физике
Такое существенное ухудшение подготовки объясняется по нашему мнению не только изменением школьных учебных планов, но и введением ЕГЭ. Для физики ЕГЭ является экзаменом по выбору, для поступления в вуз по направлениям ХЛК он не нужен, поэтому большинство наших потенциальных абитуриентов этот сложный экзамен не сдают и в выпускных классах школы физикой практически не занимаются.
Несоответствие знаний абитуриентов требованиям высшей школы влечет за собой низкую мотивацию студентов к изучению физики и неэффективное использование физических знаний при освоении других дисциплин. Ситуация усугубляется отсутствием у большинства первокурсников навыков продуктивной самостоятельной работы. Кроме того, студенты зачастую не оценивают место и значение физики в их профессиональном становлении. Физика изучается на младших курсах, междисциплинарные связи достаточно слабы, поэтому чаще всего к нашей дисциплине студенты не возвращаются, при преподавании специальных дисциплин физические знания практически не используются.
При переходе на двухуровневую систему подготовки удельный вес физики по всем реализуемым в нашем вузе образовательным программам снизился как минимум на 30%. Эта тенденция продолжается и при введении стандартов следующих поколений. Важным показателем является не только уменьшение количества числа часов, но и сокращение числа семестров изучения дисциплины. Понятно, что при существующих образовательных технологиях и методах обучения в этих условиях удержать качество подготовки кадров на прежнем уровне не удастся. Говорить о повышении качества подготовки вообще не приходится.
Кафедра физики СибГТУ ищет пути решения указанных проблем и возможности повышения качества подготовки бакалавров в имеющихся условиях. Мы ведем работу по трем направлениям:
• помощь студентам в адаптации к образовательной среде вуза;
• усиление физической составляющей образования;
• внедрение концентрического метода обучения.
АДАПТАЦИЯ СТУДЕНТА В
ОБРАЗОВАТЕЛЬНУЮ СРЕДУ ВУЗА
Эффективная учебная деятельность студента возможна только при условии его высокой мотивации к обучению, продуктивной самостоятельной работы, четкого осознания целей и задач обучения. Особенно остро проблема эффективности учебной деятельности стоит на первом курсе, однако и на последующих этапах обучения важно систематически корректировать отношение студента к учебному процессу.
Усиление мотивации изучения физики по нашему мнению в первую очередь предполагает ее правильное позиционирование: Авторы придерживаются общепринятых представлений о том, что физика - это целостное мировоззрение; системное видение всей предметной области деятельности; культура мышления; стимуляция и реализация творческих начал личности; формирование общей естественнонаучной базы для всех дисциплин образовательной программы; унификация содержания образования и повышение уровня мобильности выпускника. Такое толкование необходимости изучения физической науки осуществляется всеми преподавателями кафедры во время всех учебных занятий.
Эффективная учебная деятельность студента предполагает постоянное обращение к ранее полученным знаниям. Однако любые знания обучающегося без систематического востребования стираются через 2-3 года. Знания по физике, полученные на первом курсе, к последнему году обучения могут быть утрачены. Кроме того, многие конкретные знания в современных условиях быстро теряют актуальность. Поэтому одним из важных моментов организации учебного процесса на кафедре является сохранение и оптимальное использование ранее усвоенных знаний, их непрерывное восстановление, пополнение и обновление.
В Институте дополнительного образования Сиб-ГТУ разработали концепцию внедрения в учебную деятельность так называемых адаптационных курсов дисциплин (Юшкова, 2015) призванных решать указанные выше задачи. Внедрение адаптационных курсов по физике кафедра проводит по трем направлениям (Захаров и др., 2015):
• ликвидация пробелов в школьной подготовке;
• помощь студентам в освоении вузовской программы по физике;
• восстановление физических знаний для успешного освоения общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Кафедра разработала алгоритмы формирования адаптационных программ по этим трем направлениям, включающие обязательный входной контроль и предусматривающие корректировку программы курса по мере необходимости. В качестве оценки эффективности обучения рассматриваются результаты сдачи экзамена по физике или по соответствующим дисциплинам.
Несоответствие знаний абитуриентов требованиям высшей школы требуют от кафедры внедрения
адаптационного курса по ликвидации пробелов в школьных знаниях. Перегруженность учебных планов не позволяет внести в расписание значительное количество дополнительных часов. Поэтому созданная дополнительная образовательная программа (Кудрявцева и др., 2014) не включает традиционного набора физических фактов и законов. Основной задачей программы является демонстрация универсальности физических законов, общности подхода к решению физических задач.
Некоторым студентам требуется помощь в освоении вузовской программы по физике. Для них организуются адаптационные курсы параллельно с изучением основной программы.
Результатом освоения программы адаптационных курсов по физике должно стать не только знание студентом основного понятийного аппарата и элементарные навыки решения задач. Основной упор мы делаем на умение самостоятельно осваивать отдельные темы и разделы.
Физика является основой современных наукоемких технологий и базовой дисциплиной для подготовки бакалавра технического профиля. Знания физических законов и понимание физических явлений необходимы для освоения общепрофессиональных и специальных дисциплин, но эти знания к старшим курсам могут быть утрачены. Поэтому необходимо внедрение адаптационных программ по физике на старших курсах.
Алгоритм формирования программ адаптационных курсов по физике для качественного освоения общепрофессиональных и специальных дисциплин основан на учете реальных потребностей данной дисциплины в конкретных физических знаниях и также предусматривает корректировку программы курса по мере необходимости.
При организации учебной деятельности возникли две концепции адаптационных курсов дисциплин: параллельная и последовательная (Юшкова и др., 2015). При освоении физики выявлена целесообразность применения последовательной (предшествующей) структуры организации адаптационных курсов при ликвидации пробелов в школьном курсе физики. Параллельная структура организации целесообразна при изучении вузовского курса физики.
При организации курсов по восстановлению физических знаний для качественного освоения общепрофессиональных и специальных дисциплин более эффективна практика предшествующей адаптационной физической программы.
Успешная адаптация студентов к новой образовательной среде вуза напрямую связана с посещаемостью занятий. Для проведения эффективной воспитательной работы в этом направлении мы сделали попытку установить связь между посещаемостью занятий и результатами обучения (Захаров и др., 2014). Результаты анализа имеют отчетливо выраженный пороговый характер (рисунок 2).
Видно, что 100%-ную успеваемость имеют студенты, пропустившие менее 10% всех аудиторных за-
нятий. С увеличением количества пропусков процент успеваемости снижается. Пороговым значением является 30% пропусков: ни один студент, пропустивший более трети занятий, с программой не справляется и получает на экзамене оценку «неудовлетворительно». Объяснение причин этого эффекта и величины его порогового значения только на первый взгляд лежит на поверхности и является тривиальным.
Структура учебных планов по физике для разных направлений предусматривает не менее 50% практических и лабораторных занятий от всех аудиторных часов. Для успешного результата необходимо как изучение теоретического материала, так и его практическое применение при решении задач и выполнении лабораторного практикума. Обычно пропуски более 40% практических занятий приводят к тому, что студент не выполняет лабораторный практикум, не справляется с задачами и не получает допуск к экзамену. Пропуски лекций не столь явно влияют на результат, т.к. некоторая часть студентов способна самостоятельно изучить теоретический материал.
Пропуски
Рисунок 2 - Влияние посещаемости занятий на результаты обучения
УСИЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ
СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ
Реализация фундаментального характера современного образования на деле происходит в условиях резкого сокращения числа аудиторных часов по естественнонаучным дисциплинам, увеличения доли самостоятельной работы еще не умеющих самостоятельно работать обучающихся и модульного способа обучения, приводящего к фрагментарности физических знаний.
В условиях дефицита учебного времени и жесткой привязки к образовательной среде вуза все мероприятия по фундаментализации ограничены организационными и финансовыми ресурсами. Возможности потенциала блока естественнонаучных и математических дисциплин в этом смысле абсолютно исчерпаны. Применение современных образовательных технологий, безусловно, способствует повышению качества образования, но не может привести к принципиальному прорыву в этом направлении. Необходимо искать принципиально новые подходы к организации учебного процесса.
Мы проанализировали многочисленные литературные источники и опыт коллег из других вузов.
Наиболее интересной, по нашему мнению, является система фундаментализации, предложенная и апробированная учеными Южно-Российского государственного технического университета (Лозовский, 2006). Эта система ориентирована на использование внутренних организационных, кадровых и методических резервов вуза. Ключевая идея коллег на первый взгляд проста и очевидна: все дисциплины учебного плана имеют фундаментальную составляющую; все фундаментальные дисциплины имеют технологические приложения. Повышение качества фундаментальной подготовки (или хотя бы удержание его на прежнем уровне) возможно только на базе интеграции фундаментальных основ всех общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Для внедрения подобной системы и усиления физической составляющей образования наша кафедра анализирует основные образовательные программы и взаимодействует с преподавателями выпускающих кафедр с целью связать физические явления и законы с содержанием профессиональной области.
По нашему мнению очень полезным было бы включение физики в государственную итоговую аттестацию (ГИА) как на уровне государственного экзамена (основополагающие физические принципы), так и при подготовке и защите выпускных квалификационных работ (физические основы технологии). Однако эта задача пока не решается.
ВОЗМОЖНОСТИ КОНЦЕНТРИЧЕСКОГО
МЕТОДА ОБУЧЕНИЯ
Одной из проблем качественной подготовки по физике по нашему мнению является внедрение профессионально-ориентированного контекста обучения, несистемное изучение физической науки, разбиение ее содержания на отдельные модули. При этом целостность курса нарушается, связь между отдельными модулями зачастую оказывается утерянной. В современном модульном способе обучения фактически заложена фрагментарность фундаментальных знаний. Это вызывает затруднения при систематическом освоении вузовской программы в целом даже у трудолюбивых студентов, посещающих занятия и стремящихся выполнить все предложенные задания. Кроме того, существует реальная опасность потери роли дисциплины как мировоззренческой и системообразующей.
По нашему мнению, необходимо существенное изменение организации преподавания физики в вузе и соответствующее изменение учебных планов. Выходом из ситуации является внедрение концентрического способа обучения (Александров и др., 2002; Пак, 2004). Концентрический способ обучения предполагает ступенчатое, многоуровневое построение процесса обучения дисциплине, неоднократное возвращение к материалу с осмыслением его в разных ракурсах, на новой качественной основе. Предполагаемая структура такого обучения включает три этапа (концентра):
I концентр: Обобщение и систематизация школьных знаний в рамках основной общеобразовательной программы «Физика». Подготовка первокурсников к успешному освоению вузовской программы.
II концентр: Освоение дисциплины в объеме, необходимом для изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин. Формирование естественнонаучного мировоззрения и универсальных компетенций.
III концентр: Формирование междисциплинарных компетенций и профессиональной мобильности при изучении курса «Физические основы современных технологий».
Первый концентр предполагает повторение (и, в отдельных случаях, изучение) физики на базовом уровне. Ранее задачи первого концентра реализовы-вались в школе, однако, как уже не раз отмечалось, в настоящее время подготовка большинства первокурсников не удовлетворяет требованиям стандарта среднего (полного) общего образования по физике. Разумеется, мы не предлагаем в стенах вуза полностью и в том же объеме изучать школьный курс. Выделить для этой цели значительное число часов невозможно. Для организации первого концентра обучения на первом курсе необходимо провести объективный оперативный входной контроль, позволяющий оценить реальные знания студентов по основной общеобразовательной программе. Все студенты вне зависимости от результатов контроля должны прослушать вводный базовый курс, объем которого не превышает 40-60 часов лекционных и практических занятий. Основные требования к курсу включают целостность, логичность, лаконичность и системное изложение материала. Параллельно студенты должны иметь возможность более детального изучения дисциплины в рамках системы дополнительного образования (ДО). Результаты входного контроля позволяют формировать однородные группы студентов с аналогичными пробелами в знаниях.
Второй концентр обучения обеспечивает подготовку студента в рамках государственных стандартов высшего профессионального образования. При этом студент изучает основные физические явления и идеи, усваивает фундаментальные законы, получает основные знания, умения, навыки, необходимые для будущей профессиональной деятельности. Важным аспектом опять является целостность курса и системное изложение материала. В процессе второго концентра обучения приобретаемые знания используются как ступени формирования теоретического типа мышления, формируются естественнонаучное мировоззрение и универсальные компетенции.
Содержание фундаментального образования, безусловно, должно включать научно-технические проблемы профессиональной области. Для системного интегрирования образования, науки и производства целесообразно ввести третий концентр обучения физике, основной целью которого является позиционирование физики как теоретической основы современных технологий. Это может быть, например, курс
«Физические основы современных технологий», включающий лекции и обязательно семинарские занятия. При изучении этого курса будущие инженеры еще раз вернутся к физическим идеям и методам, на которых основаны научно-технические достижения их профессиональной области, на новом уровне оценят роль и возможности физической науки в техническом прогрессе. Третий концентр обучения способствует формированию междисциплинарных компетенций и профессиональной мобильности будущего специалиста. Организация третьего концентра обучения должна сопровождаться проектированием новой системы контролирующих мероприятий. Дидактической основой этой системы может стать учебный проект по тематике специальности с анализом используемых физических идей и методов.
Организация концентрического метода обучения требует серьезных управленческих решений, изменения учебных планов и привлечения значительных временных и финансовых ресурсов. В этом направлении кафедра физики и СибГТУ делают только первые шаги.
Кафедра физики приступила к организации первого концентра обучения. Создан банк тестовых заданий в программной оболочке адаптивного тестирования (АСТ), позволяющий быстро провести оценку базовых знаний первокурсников. Однако реализация программ обучения пока возможна только в формате платного дополнительного образования. Опыт показывает, что студенты, получившие дополнительную базовую подготовку (до 50 слушателей в учебный год), осваивают вузовский курс более эффективно.
Важным шагом в организации третьего концентра обучения явилось введение курсов «Физические основы информационных технологий», «Физические основы измерений» и «Физические основы микроэлектроники». Однако введение подобных курсов при подготовке бакалавров для ХЛК не носит систематического характера.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Современные подходы к стандартизации высшего профессионального образования определяют в качестве главной задачи образования формирование компетенций будущего специалиста, которые обеспечат ему успешность в профессиональной деятельности и конкурентоспособность на рынке труда. Проектирование результатов образования в форме компетенций особенно усиливает роль физики в современном образовательном процессе. Изучение физики способствует формированию целого ряда общекультурных и профессиональных компетенций. Вне зависимости от конкретного направления подготовки эти компетенции имеют единую основу и включают наличие целостного представления о картине мира, ее научных основах; способность к абстрактному и критическому мышлению; стремлению к саморазвитию, повышению своей квалификации, приобретению новых знаний; использование знания основных фи-
зических теорий для решения профессиональных задач. Большое значение наша дисциплина имеет для формирования устойчивых навыков самообразования, необходимых для комфортного существования в современном инновационном обществе, требующем «непрерывного, пожизненного обучения».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Александров, К.С. О преподавании курсов физики в технических вузах / К.С. Александров, Ю.В. Захаров // Тезисы школы-семинара «Физика в системе инженерного образования России» - Москва: МАИ, - 2002. С. 16-18. Вопилова, Л.В. Компьютерное тестирование как метод непрерывного контроля, диагностики и коррекции знаний по физике / Л.В. Вопилова, О.Ю. Маркова // Вестник КГПУ - 2013. - № 3(25). - С. 81-84 Вопилова, Л.В. Опыт проверки остаточных знаний первокурсников по основной общеобразовательной программе «Физика» / Л.В. Вопилова, О.Ю. Маркова, Е.Ю. Юшкова // Тестирование в сфере образования: проблемы и перспективы развития: материалы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием - Красноярск, СибГТУ - 2009. - С. 33-35. Захаров, Ю.В. Адаптационные курсы по физике / Ю.В. Захаров, Е.Ю. Юшкова // Материалы Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования». - М.: АПР, - 2015. - С. 88-89.
Захаров, Ю.В. Посещаемость занятий и результаты обучения / Ю.В. Захаров, Е.Ю. Юшкова // Материалы Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования». - М.: АПР, - 2014. -С. 78-79.
Захаров, Ю.В. Физика и формирование общекультурных и профессиональных компетенций бакалавра технического университета / Ю.В. Захаров, Е.Ю. Юшкова.// «Актуальные проблемы преподавания физики в ВУЗах и школах стран постсоветского пространства». Материалы Международной школы-семинара «Физика в системе высшего и среднего образования» - М.: Изд. дом Ак. им. Н.Е. Жуковского, 2013. - С. 57-59.
Кудрявцева, О.А. Опыт внедрения дополнительных образовательных программ по физике / О.А. Кудрявцева, Е.Ю. Юшкова // Вестник КрасГАУ. - 2014. - вып. 8. -С. 236-239.
Лозовский, В.Н. Фундаментализация высшего технического образования: цели, идеи, практика / В.Н. Лозовский, С.В. Лозовский, В.Е. Шукшунов. - СПб.: Издательство «Лань», 2006. - 128 с.
Пак, Н.И. Нелинейные технологии обучения в условиях информатизации // Н.И. Пак. Монография. - Красноярск: РИО КГПУ -2004. - 224 с.
Юшкова, Е.Ю. Анализ эффективности адаптационных курсов дисциплин в контексте повышения качества образования / Е.Ю. Юшкова, С.В. Лукичева // Перспективы науки. - 2015. - № 6 (69). - С. 28-34.
По ступила в редакцию 21.06.16 Принята к печати 12.09.16
