Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ФИЗИКЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ 10
1.1. Инновационный подход к проведению занятий по физике в вузе 10
1.2. Физика, как основа научной деятельности специалиста-инженера 26
1.3. Анализ организации проведения практических занятий по физике в технических вузах 40
Выводы к главе 1 54
Глава 2. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ 55
2.1. Современная структура физики (как науки и как учебного предмета) 55
2.2. Расчет электрических цепей постоянного и переменного тока.. 63
2.3. Измерения в электрических цепях 88
2.3.1. Задачи, способствующие обучению проведения эксперимента 88
2.3.2. Измерения в электрических цепях с помощью амперметра и вольтметра 103
2.4. Использование.задач при подготовке студентов к выполнению лабораторных работ по электричеству 111
Выводы к главе 2 127
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ СОГЛАСОВАННОГО ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ФИЗИКЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ 129
3.1. Организация и структура педагогического эксперимента 129
3.2. Состояние проблемы в технических вузах 132
3.3. Итоги формирующего эксперимента 142
Выводы к главе 3 150
Заключение 151
Библиография 153
- Инновационный подход к проведению занятий по физике в вузе
- Современная структура физики (как науки и как учебного предмета)
- Организация и структура педагогического эксперимента
Введение к работе
Условия современной жизни предъявляют к образованию новые требования. Образование должно быть ориентировано не на получение прагматичных знаний, а на развитие общей культуры и научных форм мышления, что повышает адаптацию человека в быстро меняющихся социальных, экологических и технологических условиях. Такой подход предполагает переход от узкоспециальных знаний к знаниям фундаментальным и инвариантным.
Изучение физики является основой полноценного технического образования и обеспечивает его фундаментальный характер. Физическое образование должно стать основой для дальнейшего изучения общетехнических и специальных дисциплин в условиях быстрого устаревания специальных технических знаний.
В процессе изучения физики происходит формирование научного типа мышления, которое является универсальным, и обеспечивает успех в любой деятельности, требующей творческого подхода.
Традиционная система обучения физике в вузе, достоинства которой -простота и экономичность организации учебного процесса и отработанные на основе опыта формы и методы обучения, уже не отвечает современным требованиям. Недостатками этой системы являются репродуктивный характер обучения, примитивность форм и методов обучения, недостаточность обратной связи, необходимой для управления учебным процессом, учебная перегрузка и учебная недогрузка студентов, недостаточность самостоятельной работы и индивидуальности обучения и т.д.
Преподавание физики в техническом вузе включает в себя изучение теории в лекционном курсе и проведение практических занятий (решение задач и выполнение лабораторных работ). Лабораторные работы студенты выполняют, как правило, по заранее разработанным описаниям, в которых даны краткое изложение теории, описание лабораторной установки и последовательность выполнения
действий. Решение задач традиционно построено таким образом, что студенты решают одну или несколько задач под руководством преподавателя, затем - самостоятельное решение задач, подобных уже решенным.
Такая организация деятельности приводит к формальному предъявлению знаний, исключает проявление инициативы, активности студентов и мало способствует развитию их творческого мышления.
Кроме того, эти виды занятий по времени проведения и, зачастую, по содержанию мало связаны, как с лекционным курсом, так и между собой. Поэтому невозможно в полной мере использовать практические занятия для приведения знаний в определенную систему, для успешного их закрепления, что понижает качество знаний.
В последнее время появилось немало работ, где в качестве способа повышения эффективности обучения предлагается координация занятий по решению задач и лабораторных занятий.
Физика, как учебный предмет в техническом вузе сильно отличается от науки физики. Несогласованность лекционного материала, занятий по решению задач и лабораторных занятий не дает студентам полноценного восприятия физики, как науки, в основе которой - сложная взаимосвязь теории и эксперимента. Сближение науки и учебного предмета возможно осуществить, исходя из того, что процессы познания, научный и учебный, имеют общие гносеологические корни. Поэтому учебный процесс можно представить, как последовательность учебных моделей настоящих научных исследований [66].
К тому же, при осознаваемой всеми важности курса физики для будущих инженеров, происходит неуклонное сокращение числа часов, выделяемых как на изучение теории, так и на практические занятия.
Зависимость усвоения знаний и развития мышления от содержания и методов обучения приводит к необходимости создания такой методической системы преподавания физики при подготовке инженеров, которая удовлетворяла бы требованиям полноценного физического образования в условиях
современной жизни.
Таким образом, актуальность темы данного исследования обусловлена необходимостью разработки новых эффективных методов обучения физике в технических вузах, отвечающих современным требованиям.
Объектом исследования является процесс обучения физике в технических вузах.
Предмет исследования - согласованное проведение занятий по решению задач и лабораторных занятий на основе концепции, рассматривающей образование, как учебную модель науки.
Цель исследования - разработка и теоретическое обоснование методики объединения занятий по решению задач и лабораторных занятий в единое практическое занятие на основе циклов задач.
Методологическая основа исследования:
философские, психологические и педагогические концепции научного и учебного познания;
психолого-педагогические исследования процесса обучения;
дидактические закономерности учебного познания.
Гипотеза исследования. Согласование практических занятий по физике, на основе подхода к учебному процессу, как последовательности учебных моделей научных исследований, приводит к улучшению качества знаний студентов, формирует рациональное мышление, повышает творческую активность студентов, при этом увеличивается возможность индивидуального подхода и степень самостоятельности студентов.
Для проверки гипотезы и реализации цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:
1. Обоснование необходимости инновационного подхода к проведению практических занятий по физике в техническом вузе на основе анализа учебно-методической литературы.
2. Разработка методики согласования практических занятий по физике на
основе циклов задач.
3. Анализ влияния нового подхода к проведению практических занятий на
качество умений и навыков по решению задач и при выполнении лабораторных работ.
4. Анализ влияния нового подхода к проведению практических занятий на
качество знаний теоретического материала.
Методы исследования:
На первом этапе исследования (1996 - 1997) - изучение литературы по проблемам обучения с целью определения методологических основ исследования. На этом этапе осуществлялся теоретический анализ философских, психологических, педагогических и методических работ по проблемам естественнонаучного и инженерного образования.
На втором этапе (1997 - 1998) проводилось исследование состояния проблемы проведения практических занятий по физике в различных вузах (наблюдение, анкетирование, интервьюирование). На этом этапе выяснилась необходимость координации практических занятий, разработана методика согласованного проведения занятий, и отдельные элементы согласования разных видов занятий опробованы на практике (фрагментарно). Это позволило спланировать экспериментальную проверку гипотезы.
На третьем этапе (1998 - 1999) - использование разработанной методики проведения практических занятий в учебном процессе в контрольных группах учащихся. Проводилась проверка экспериментальных данных, сравнение, корректировка разработанной методики, формулировались общие выводы. Здесь применялись методы наблюдения, анкетирования, методы статистической обработки экспериментальных данных и их педагогическая интерпретация, сопоставление экспериментальных данных с гипотезой исследования. Эти методы исследования позволили проверить эффективность предлагаемой методики проведения практических занятий.
Критерии эффективности предложенной методики проведения практических занятий по физике:
качество теоретических знаний учащихся;
качество умений и навыков при решении задач;
качество умений и навыков при выполнении эксперимента;
положительная динамика оценок ежемесячных аттестаций;
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается:
использованием фундаментальных положений современных педагогических и психологических исследований;
непротиворечивостью основных результатов и выводов исследования;
положительными результатами педагогического эксперимента, его длительностью, повторяемостью, широким охватом студентов различных инженерных специальностей.
Логика исследования:
изучение педагогического опыта опытных преподавателей и осмысление собственного педагогического опыта с точки зрения повышения результативности учебного процесса; изучение и анализ педагогической и методической литературы; рассмотрение философского, социального и психологического аспектов проблемы;
разработка плана исследования и обоснование его;
анализ экспериментальных данных;
внесение необходимых изменений в разработанную методику и проверка их обоснованности;
оценка результативности педагогического эксперимента.
Новизна и теоретическая значимость заключается в том, что в отличие от существующих методических работ, в которых координация занятий по решению задач с лабораторными занятиями осуществляется фрагментарно, предлагается методика объединения этих видов занятий на основе мето-
8 дологического подхода, исходя из сложной взаимосвязи теоретического и экспериментального методов исследования. Для этого разработаны следующие возможные варианты объединения практических занятий на основе циклов задач, составленных таким образом, что:
из решения задач рождается теория, которая является основой для проведения эксперимента;
решение задач возможно лишь после предварительной постановки эксперимента;
решение задач, которые можно проверить и уточнить их решение экспериментально;
решение задач, позволяющих предсказать характер протекания физического процесса;
решение задач, позволяющих научить методам измерения.
Практическая значимость проделанной работы заключается в возможности применения разработанной методики согласованного проведения практических занятий по физике преподавателями технических вузов.
Апробация и внедрение результатов исследования Теоретические положения и практические результаты исследования докладывались на научно-методических семинарах в ВИКУ им.А.Ф.Можайского 1996 - 1999 годов, на научно-методических семинарах кафедры методики обучения физике РГПУ им.А.И.Герцена, на Герценовских чтениях 1998 и 1999 гг.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Для эффективного обучения физике в техническом вузе необходим новый подход к методике проведения занятий по решению задач и лабораторных работ, так как традиционный метод проведения практических занятий приводит к:
репродуктивному характеру обучения,
низкой творческой активности студентов,
недостаточной самостоятельности студентов при обучении.
невозможности эффективно осуществить индивидуальный подход в процессе обучения.
Методика проведения практических занятий, заключающаяся в согласованном проведении решения задач и лабораторных работ, и основанная на подходе к обучению, как к учебной модели научного исследования, представляет большой резерв повышения качества физического образования в существующих рамках учебных планов и программ.
Предложенная методика проведения практических занятий по физике формирует исследовательские умения и навыки у будущих инженеров различных специальностей, развивает их творческую активность и дает возможность ориентировать студентов не на формальное предъявление знаний, а на активное их использование при анализе конкретных явлений и процессов.
Инновационный подход к проведению занятий по физике в вузе
Высшее образование в нашей стране имеет заслуженно высокую репутацию в мире. Тем не менее, общепризнанные успехи российской образовательной системы не дают оснований относиться к ней как к устоявшейся традиции.
К концу XX века цивилизация сталкивается с множеством проблем, связанных с научно - техническим прогрессом, активизацией экономической жизни общества, удручающей экологической обстановкой, увеличением потока информации. Это приводит к переосмыслению роли и места человека в природе и обществе. Проблемы выживания человека как биологического и социального субъекта порождают новые требования к системе образования. Именно образование становится в настоящее время главным императивом выживания и развития человечества, ведущим фактором успеха и качества жизни человека, условием существования и развития земной цивилизации. Система образования должна быть построена таким образом, чтобы формировать человека, способного ориентироваться в сложных условиях жизни современного мира, компетентного, умеющего решать творческие задачи.
Сложившаяся в прошлом система "поддерживающего" обучения уже не соответствует требованиям формирующейся постиндустриальной цивилизации.
Сегодня нашей стране необходимо инновационное образование, которое определяется, как смена парадигмы традиционного образования, как новые образовательные процессы, новые технологии [143]. Инновации в образовании можно понимать как внесение нового, как изменение, совершенствование и улучшение существующего.
Общество развивается быстрее, чем система образования, тем не менее, сложившаяся в нашей стране образовательная система имеет возможность дальнейшего совершенствования и перестройки, продиктованных изменением требований к качеству высшего и среднего образования.
Для синтеза системы целей инновационного образования авторы работы [144] предлагают ввести промежуточное понятие - инновационная способность, т.е. способность общества, с одной стороны, создавать новое, полезное для людей, с другой - распространять это новое и полезное во все сферы человеческой жизни и деятельности. И именно формирование инновационной способности нации является целью инновационного образования. При сегодняшнем состоянии земной цивилизации только это качество общества, по мнению авторов, может обеспечить конкурентоспособность производимых, товаров, достойный уровень жизни и преодоление экологического кризиса. Система образования до сих пор мало способствовала развитию инновационной способности. Это связано с тем, что сложившаяся в последние десятилетия система образования была в основном повернута назад в прошлое знание.
Инновационные способности страны можно трактовать и как ее готовность к технологическому стилю развития. Сегодняшняя Россия - индустриальная, но не технологическая держава, к тому же находящаяся в глубоком кризисе и хаосе перемен. Предпосылки для развития мощной индустрии были созданы традиционной образовательной парадигмой, которая содействовала развитию рационализма, веры в линейный прогресс и абсолютную истинность науки. Но именно эти качества не обеспечивают технологическое развитие.
Прогресс в технике преодолел ограничения, заданные нам природой, но породил новые, порожденные техносферой. Поэтому новая образовательная парадигма должна быть направлена на развитие духовной и творческой сущности человека. Отсюда можно определить следующие основные принципы инновационного образования [144]:
- сохранение и развитие творческого потенциала человека;
- переход от проектирования техносферы к проектированию деятельности в широком смысле слова;
- формирование мировоззрения, основанного на многокритериальности решений, терпимости к инакомыслию и ответственности за свои действия;
- формирование обобщенных понятий;
- гармония разных уровней мышления, т.е. гармоничное сочетание естественнонаучного и гуманитарного мышления.
Здесь целесообразно выделить две основные компоненты образования: общекультурную и профессиональную, в каждой из которых главным является развитие творческого потенциала человека.
В работе [108] автор предлагает разделить инновационный процесс на три основных этапа:
1. Обнаружение импульса перемен, которое происходит на основе анализа
поступающей из внешней среды информации.
2. Осознание потребности в изменениях, связанное с психологической ломкой стереотипов, прошлого опыта, кризисом сознания.
3. Преодоление сопроти вления.
Современная структура физики (как науки и как учебного предмета)
Подход к образованию как к учебной модели науки предполагает реализацию определенной последовательности учебных моделей научных исследований. Это предъявляет определенные требования к методике изучения отдельных вопросов курса физики. Такой подход подробно и строго научно обоснован в работах [61] и [62]. При трансформации научной системы знаний в учебную необходимо использовать методологию физики в наибольшем объеме.
Физика традиционно делилась на теоретическую и экспериментальную. Характерной чертой развития современной физики является превращение классической диады "экспериментальная физика - теоретическая физика" в триаду " экспериментальная физика - теоретическая физика - вычислительная физика". Это стало возможным в результате поразительного по своим масштабам развития вычислительной техники, что позволило осуществить качественно новые методы анализа физических явлений [64].
Характерной чертой современного научного познания является его мо-дельность [86]. Моделирование - это метод научного познания, вызванный необходимостью рассматривать такие свойства реальных объектов или процессов, которые непосредственно изучать невозможно. Для того, чтобы познать новое явление, исследователь накапливает и систематизирует извест-. ные факты. Анализ накопленных фактов позволяет в качестве "догадки" построить модель механизма явления, приписав этой модели закономерности и свойства, логическое развитие которых позволило бы не только объяснить причинную связь накопленных фактов, но и предвидеть новые, еще неизвестные явления.
Экспериментальная физика задает вопрос природе. Она состоит в поиске, накоплении и анализе экспериментальных фактов. Как сказал А.Пуанкаре: "Опыт - единственный источник истины, только опыт может научить чему-либо новому, только он может вооружить нас достоверностью" [109, с.91]. Для физика наблюдения и эксперимент почти всегда связаны с определением количественных характеристик наблюдаемых явлений.
Чисто эмпирического знания не существует, оно всегда опирается на определенные теоретические представления, развитые на основе анализа моделей. Кроме того, совершенствование экспериментальных методов не могло происходить иначе, как в тесной связи с развитием теоретических методов. Современный физический эксперимент с его изощренной техникой просто немыслим без соответствующих идей.
Итак, эмпирические знания:
- служат предметом теоретического истолкования;
- независимо развивающаяся теория получает экспериментальную интерпретацию.
Однако, следует отметить, что при экспериментальных исследованиях показания приборов объективны и не зависят от модели, выбранной в качестве предполагаемого объяснения фактов.
Теоретическая физика - это построение теории определенного круга явлений на основе модельных представлений. Она оперирует основными принципами, гипотезами, идеями, не сводимыми к эмпирическому базису.
Среди многообразия методов, применяемых в современной теории, С.И.Вавилов выделяет следующие [19]:
- метод принципов;
- метод модельных гипотез;
- метод математических гипотез.
Метод принципов состоит в следующем: физическая теория развертывается как система математически выводимых следствий из небольшой группы непосредственно констатируемых и должным образом обобщенных фактов
("принципов").
В ходе создания теории на основе метода принципов можно выделить два этапа [71]:
1. Отыскание принципов (из множества экспериментальных фактов выделяются факты, фундаментальные по значению).
2. Применение этих принципов к истолкованию всего многообразия изучаемых явлений. Это синтетический этап: выделенные, ранее обособленные факты обобщаются, создается единая теоретическая система. Такое соединение порождает необходимость перестройки прежних физических понятий и разработки новой системы научных представлений.
Ньютон, создатель метода принципов, построил таким образом механику, включая теорию тяготения и движения тел Солнечной системы, а также стремился создать теорию световых явлений.
Классическим примером теории, построенной на методе принципов, является термодинамика Ее исходные принципы, "начала", являются обобщениями опытных данных. Другой пример теории, построенной с помощью метода принципов, теория относительности, основой для которой служат два независимых положения - принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Каждый из этих принципов - обобщение определенной группы эмпирических фактов: факта одинаковости законов природы в инерци-альных системах отсчета, движущихся относительно друг друга прямолинейно и равномерно, и факта независимости скорости света от движения источника.
Организация и структура педагогического эксперимента
Целью проведенного педагогического эксперимента являлось определение эффективности использования разработанной методики согласованного проведения практических занятий (решения задач и лабораторных работ) в техническом вузе. Нас интересовало влияние координации обучения теоретическим и экспериментальным методам физических исследований на качество знаний по физике, на уровень приобретенных умений и навыков при решении задач и при выполнении лабораторных работ.
Педагогический эксперимент по проверке выдвинутой гипотезы был проведен в три этапа с 1996 по 1999 год на базе Военного инженерно-космического университета им.А.Ф.Можайского. Общие цели и задачи эксперимента, методы исследований, содержание работы и краткая характеристика результатов систематизированы в таблице 1.
Для исследования исходного состояния проблемы было проведено анкетирование преподавателей различных вузов. В анкетировании участвовали 29 преподавателей со стажем работы оті 0 до 25 лет. Результаты опроса показали следующее. (После ответа на каждый вопрос дана диаграмма.) 1. Считаете ли Вы традиционную форму проведения занятий по решению задач и лабораторных работ оптимальной? В чем причина недостаточной эффективности этих видов практических занятий?
1 Абсолютное большинство преподавателей (94%) считает, что традиционная форма организации практических занятий далека от совершенства, так как
Анализ результатов показывает, что традиционная методика проведения практических занятий, следствием которой является их низкая результативность, связана в основном с невозможностью достаточно эффективно организовать самостоятельную и индивидуальную работу, с недостаточной активностью студентов на занятиях.
