Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Формирование компетенций при обучении физике будущих бакалавров инженерных направлении 16
1.1. Состояние проблемы формирования компетенций при подготовке бакалавров инженерных направлений 16
1.2. Особенности методики обучения физике будущих инженеров 29
1.3. Возможности кейс-технологии в обучении физике в техническом вузе 43
Выводы по первой главе 61
ГЛАВА II. Методика обучения физике на основе комплексной кейс-технологии будущих бакалавровинженерного производства 63
2.1. Модель обучения физике в техническом вузе на основе комплексной кейс-технологии 63
2.2. Особенности методики обучения физике будущих бакалавров инженерного производства на основе комплексной кейс-технологии 88
2.3. Реализация комплексной кейс-технологии на примере раздела «Электромагнетизм» в вузовском курсе физики 110
Выводы по второй главе 132
ГЛАВА III. Методика проведения и результаты педагогического эксперимент 134
3.1. Общие характеристики педагогического эксперимента и критерии его эффективности 134
3.2. Методика проведения и результаты констатирующего и поискового этапов эксперимента 147
3.3. Методика проведения и результаты обучающего этапа эксперимента..161
Выводы по третьей главе 182
Заключение 184
Библиографический список
- Возможности кейс-технологии в обучении физике в техническом вузе
- Особенности методики обучения физике будущих бакалавров инженерного производства на основе комплексной кейс-технологии
- Реализация комплексной кейс-технологии на примере раздела «Электромагнетизм» в вузовском курсе физики
- Методика проведения и результаты констатирующего и поискового этапов эксперимента
Возможности кейс-технологии в обучении физике в техническом вузе
Современный этап развития общества характеризуется глубокими изменениями на рынке труда. Значительных успехов добились те государства, в которых были выбраны направления пути к информационно-интеллектуальному развитию. Выбор такого пути позволяет модернизировать подготовку кадров в современном образовательном процессе. Важное требование, которое в настоящее время формулируют работодатели к профессиональным учебным заведениям — это получение качественно подготовленного бакалавра производственной деятельности, который незамедлительно и целеустремленно вольется в производственную атмосферу деятельности.
До недавнего времени педагогические образовательные программы были ориентированы на усвоение будущими бакалаврами теоретических знаний, добытых обществом и представленных в готовом виде. Но сегодня лавинообразное развитие человечества приводит к постоянному увеличению объему знаний, что вызывает явную необходимость модернизации системы профессионального образования. Вновь разработанные педагогические технологии в ходе реформирования образовательной системы ориентированы на обучение будущих бакалавров самостоятельному получению значимой информации, выявлению сути сформулированной проблемы и поиску наиболее рациональных путей ее решения, а также умению анализировать имеющиеся знания и применять их для решения новых учебных задач. Получение теоретических знаний в готовом виде должно стать не целью процесса обучения, а одним из вспомогательных средств подготовки будущего выпускника. Современному цивилизованному обществу необходим профессионал, самостоятельно, творчески решающий возникающие производственные задачи (проблемы), критически мыслящий в чрезвычайных ситуациях, а также имеющий навыки самообразования.
Основной целью профессионального образования является подготовка квалифицированных кадров, способных к результативной профессиональной деятельности, конкурентоспособных на рынке трудового производства. Несомненно, качество подготовки будущего бакалавра следует рассматривать в контексте социального заказа на профессиональную подготовку в образовании. Для востребованности выпускника вуза на рынке труда ему на сегодняшний день уже недостаточно владеть только узкопрофессиональными знаниями предметной области. Важно еще обладать определенным набором индивидуальных качеств личности, соответствующих сфере профессиональной деятельности. В связи с этим в высших учебных заведениях профессионального образования имеется критическая необходимость в разработке прогностических моделей своих бакалавров, в основу которых положены требования к профессиональным знаниям и умениям их применять в производственной деятельности, а также к качествам личности выпускника, необходимым для успешного и эффективного решения профессиональных задач. Такие модели содержат результативный блок, описывающий технологию, критерии и соответствующие показатели оценивания.
Современный бакалавр должен обладать компетенциями в широкой предметной области, профессиональной мобильностью, способностью замещения, адаптации к существующей системе подготовки бакалавров, направленной на получение квалификации в узкой предметной области, т.е. ориентированной на выполнение определенной профессиональной деятельности в своей предметной области. Для сопряжения потребностей производственного рынка труда с требованиями образовательной системы, а также для решения данной проблемы и, соответственно, улучшения качества образовательного процесса, представляется целесообразным изменить содержание учебных программ на основе анализа востребованных на рынке труда профессиональных и общекультурных компетенций и оценивать результаты сформированности об разовательной деятельности в контексте компетентностного подхода. Работодатели и преподаватели вузов выражают общее мнение, что будущий бакалавр производства должен покидать стены вуза с документом, содержащим широкий перечень компетенций, характеризующих как личностные, так и профессиональные его качества.
Результатом образования, в соответствии с компетентностным подходом, должны cать не только знания, умения и навыки, опыт деятельности в общепринятом (традиционном) их представлении, но и профессиональная компетентность личности как способность выпускника принимать производственные решения и на их основе ориентироваться в различных профессиональных обстоятельствах.
Если профессиональная сфера жизни каждого человека может четко обозначить свои требования к педагогическому образовательному процессу, то задачей образовательной системы становится преобразование знаний, умений и способов действий в значимые компетенции, которые необходимы будущему бакалавру в его последующей профессиональной деятельности.
Ученые многих стран мира выделяют различные множества профессиональных и общекультурных компетенций, но при этом каждая страна, общество, человек, выделяют совокупность только им необходимых в данном месте и в данный момент значимых компетенций, исходя из своих приоритетов и своих взаимодействий с профессиональной сферой.
В российском образовании компетентностный подход не является новым. Исследованию особенностей компетентностного подхода в обучении и их содержанию посвящены работы Э.Ф. Зеера, И.А. Зимней, Д.А. Ивановой, З.М. Махмутовой, В.В. Плещева, С.А. Татьяненко, А.П. Тряпициной. Из анализа педагогических исследований вышеперечисленных ученых можно выявить следующие важные обстоятельства: во-первых, работы, как правило, не содержат описания и обоснования механизмов реализации компетентностного подхода и носят только теоретическое обоснование разработанной педагогической технологии; во-вторых, исследования в нормативной и педагогиче ской литературе различаются трактовкой основных терминов (компетентность, компетенция, компетентностный подход) — авторы определяют их в зависимости от контекста и целей образовательного процесса.
Особенности методики обучения физике будущих бакалавров инженерного производства на основе комплексной кейс-технологии
Следующим шагом в работе с кейсом является анализ ситуации, которая может осуществляться в качестве носителя разработанной и сформулированной проблемы тезиса кейса. Сам же термин «ситуация» является достаточно многогранным и многозначным. Ситуация может быть рассмотрена как сложная субъективно-объективная реальность, где объективные составляющие представлены в виде субъективного восприятия и личностной значимости для участников ситуации. Чаще всего под термином «ситуация» предполагают следующее [170]. Во-первых, если ситуацию рассматривать с точки зрения условий осуществления деятельности, то она представляется их совокупностью, определяющим реально существование проблемы изложенной информации. Во-вторых, при событийном подходе к ситуации она рассматривается как некоторая комплексность отдельных элементов событий. В-третьих, ситуация с позиции факторного подхода выступает сложным взаимодействием различного рода факторов, которые либо препятствуют разрешению противоречия проблемы, либо способствуют ему.
Выше было отмечено, что центральное место в кейс-технологии занимают ситуационные задачи.
Ситуационные задачи — это задачи, позволяющие студенту осваивать интеллектуальные операции последовательно в процессе работы с ситуацией и информацией о ней: ознакомление — понимание — применение — анализ — синтез — оценка (уточненная нами формулировка).
Специфика ситуационной задачи заключается в том, что она носит ярко выраженный практико-ориентированный характер, но для ее решения необходимо знание конкретной дисциплины [107]. Зачастую требуется знание нескольких учебных дисциплин. Обязательным элементом задачи является проблемный вопрос, который должен быть сформулирован таким образом, чтобы студенту захотелось найти на него ответ.
Ситуационные задачи близки к проблемным и направлены на выявление и осознание способов деятельности [107]. При решении ситуационной задачи преподаватель и студент преследуют разные цели: для учащегося — найти решение, соответствующее данной ситуации; для преподавателя — освоение учащимися способа деятельности и осознание его сущности.
Модель ситуационной задачи для студентов технических вузов может быть представлена следующим образом [164]: 1. Профессионально ориентированная познавательная проблема специальной дисциплины; 2. Информация по данной проблеме, представленная в разнообразном виде (текст, таблица, график, статистические данные); 3. Рекомендации и задания для работы с данной информацией.
Решение многих ситуационных задач связано с анализом конкретных ситуаций, отражающих происходящие в производстве изменения. Эти ситуации могут быть новыми не только для студента, но и для преподавателя, что изменяет характер отношений между преподавателем и студентом. При решении ситуационной задачи преподаватель и студенты выступают как равноправные партнеры, которые вместе учатся решать проблемы. Таким образом, возможности ситуационных задач состоят в способствовании изменению отношений преподаватель - студент в направлении их равноправного взаимодействия, когда преподаватель выступает не как источник верного ответа, а как помогающий взрослый.
В силу своей межпредметности, интегративности ситуационные задачи способствуют систематизации знаний по изучаемой дисциплине на деятель-ностной практико-ориентированной основе, когда студенты, осваивая универсальные способы деятельности, решают профессионально значимые проблемы с использованием знаний физики [107]. Процесс решения ситуационной задачи всегда предполагает «выход» студента за рамки учебного процес са. Ситуационные задачи могут выступать в качестве ресурса развития мотивации учащихся к познавательной деятельности.
Решение ситуационных задач может способствовать развитию навыков самоорганизации деятельности, формированию умения объяснять явления действительности, развитию способности ориентироваться в мире ценностей, развитию профессионально ориентированных умений, что способствует формированию профессиональной компетентности, подготовке к профессиональному выбору, ориентации в профессиональных проблемах современной жизни. Во всех случаях решение ситуационных задач будет направлено на достижение межпредметных результатов.
Реализация комплексной кейс-технологии на примере раздела «Электромагнетизм» в вузовском курсе физики
Здесь происходит поэтапное решение различного вида задач, формирующих отдельные умения, необходимые для решения ситуационной задачи. Каждый вид задач входит в отдельный раздел кейса. Разбор различного вида задач способствует разрешению отдельных составляющих исходной проблемы (таблица 9).
Эту стадию мы разделили на отдельные этапы, на каждой из которых происходит последовательная работа с практическим, обучающим и научно-исследовательским разделами кейса. Каждый раздел кейса способствует разрешению обозначенной профессионально ориентированной проблемы путем решения задач курса физики.
Информационно-познавательный этап обучения. На начальном этапе, для разрешения проблемной ситуации кейса, мы приступаем к отработке умения решать познавательно-практические (логические) задачи. В их основе лежит частная проблема, сформулированная по материалу, содержащему техническую информацию учебного предмета, и носящая межпредметный характер. Большое внимание уделяется в этих задачах «математизации» технических и производственных ситуаций. При решении такого рода задач у учащихся формируются технические знания и умения, накапливается опыт и повышается интерес. Эти задачи имеют качественную формулировку, являются логическими, для их решения студентам необходимо ознакомиться с научно-технической литературой, описывающей принцип действия и функционирование технических объектов. Данный вид деятельности формирует у студентов умения решать профессиональные задачи в последующей инженерной деятельности.
Согласно образовательным стандартам 3-го поколения, к объектам профессиональной деятельности выпускников технических вузов относят: 1) машины и оборудование технологических комплексов технологических производств; 2) средства механизации и автоматизации технологических процессов приборо-машиностроения; 100 3) производственные технологические процессы, их разработка и создание новых технологий; 4) технологические системы предприятий и производственных подразделений; 5) средства информационного, метрологического, диагностического и управленческого обеспечения технологических систем для обеспечения высокого качества выпускаемых изделий; 6) методы и средства испытаний и контроля качества изделий, технологическое оборудование. Такое разнообразие объектов приводит к необходимости широкого спектра знаний у будущих инженеров. Самые общие знания об объекте способны дать студенту глубокое понимание значимости изучаемого физического явления или процесса, на их основе формируются умения решать профессиональные задачи.
Мы предлагаем начинать создание кейса с включения в него задач-вопросов и проблем в качественных формулировках, требующих от будущих бакалавров выполнения логических операций.
Под логическими операциями мы понимаем взаимосвязанные способы осуществления анализа, синтеза и производных от них операций [7].
В требованиях стандартов высшего профессионального образования инженерного производства обозначена необходимость для будущих профессионалов участия в разработке обобщенных вариантов решения проблем, выбора на основе анализа вариантов оптимального, прогнозирования последствий решения.
Проблемные задачи позволяют студентам понять суть изучаемых явлений, побуждают их к самостоятельному решению проблемы, ее осмыслению, к попытке поставить себя на место изобретателя, испытать удовлетворение от интеллектуального труда. Такие задачи позволят будущим бакалаврам сопоставить полученный ими результат с ранее изученным научно 101 техническим материалом, произвести анализ исходных данных, сделать выводы по разрешенной проблеме.
На этом же этапе мы используем задачи-вопросы, содержащие такие логические операции, как анализ и синтез знаний об изучаемых технических объектах производства, основанных на физических явлениях.
Под задачами-вопросами мы понимаем задачи, решение которых устанавливает только качественную зависимость между характеризующими технические объекты физическими величинами. Как правило, вычисления при решении этих задач не производят. Успешное решение студентами задач-вопросов свидетельствует об осознанности их знаний, отсутствии формализма в усвоении материала.
Логические задачи содержат как проблему, так и качественную оценку изучаемых объектов. Для их решения необходимо собрать и проанализировать исходные данные о технических объектах, их принципах действия. Это требует изучения научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта в данной области. Умение собирать и анализировать научно-техническую информацию необходимо бакалаврам в их последующей профессиональной деятельности (согласно стандартам высшего профессионального образования, в которых профессиональные задачи определяются в соответствии с видами профессиональной деятельности).
Познавательно-практические задачи, представленные в качественной формулировке, способствуют развитию таких логических умений, как анализировать и синтезировать информацию об изучаемых технических объектах. На этом этапе процесс обучения студентов сопровождается использованием практических заданий, отображающих реальность жизненной ситуации и имеющих проблемный характер. Решение логических задач позволяет студентам осознать значимость физических явлений/законов/понятий для дальнейшего разрешения профессионально значимой проблемы, на которой основано решение ситуационной задачи.
Методика проведения и результаты констатирующего и поискового этапов эксперимента
Констатирующий этап педагогического эксперимента проводился в 2009-2010 гг. Его целью были: анализ инженерной деятельности и выявление умений, необходимых будущему инженеру для успешного осуществления профессиональной деятельности; выявление значимости обучения физике в формировании основных профессиональных компетенций у студентов технического вуза.
В исследовании был применен метод экспертной оценки, позволяющий провести анализ умений, необходимых инженерам. Исследование проводилось в два этапа: - анкетирование преподавателей кафедры физико-математических дисциплин и выпускающих кафедр, студентов технического вуза, а также инженеров, работающих на предприятии г. Трехгорный Челябинской области; - анализ нормативных документов (образовательные стандарты высшего профессионального образования, учебно-методические планы, рабочие программы).
Для выявления значимости формирования основных профессиональных компетенций инженерам приборостроительного завода ФГУП ПСЗ г. Трехгорного была предложена анкета для оценки важность профессионально-значимых умений для их работы (десятибалльная шкала). Представленные в анкете умения можно разделить на три группы.
147
Первая группа умений включает работу с научно-технической литературой: выбирать нужную информацию; обобщать полученную информацию; выделять главное в источниках; использовать научно-техническую терминологию; проводить анализ литературы.
Вторая группа умений связана с результативностью решения физических задач: оценивать возможность реализации принятого решения; мыслить аргументировано и логически; анализировать полученный результат; осуществлять анализ поставленной проблемы; грамотно и четко выражать свою мысль; последовательно и доступно излагать свои высказывания; находить слабые места в аргументации, делать коррекцию.
В третей группе представлены умения, связанные с исследовательской деятельностью будущего инженера производства: осуществлять анализ причинно-следственных связей; анализировать структуру технического объекта; выявлять существенные признаки, свойства, связи; применять принципы функционирования технического устройства и объекта; находить слабые места в техническом объекте, умение их устранять.
В проведённом исследовании участвовало более 30 инженеров-приборостроителей предприятия г. Трехгорный, 27 преподавателей кафедры физико-математических дисциплин и специальных (выпускающих) кафедр Трехгорного технологического государственного университета.
Результаты анкетирования преподавателей физико-математической и выпускающих кафедр ТТИ НИЯУ МИФИ и инженеров приборостроительного завода г. Трехгорный представлены на диаграмме (рис. 17).
Из представленной диаграммы видно, что инженера прибо-ро/машиностроительного производства к наиболее значимым относят умения организации, проведения и анализа научно-исследовательской деятельности, связанной с умениями осуществлять причинно-следственные связи, находить существенные признаки, определять принципы функционирования технического устройства и умения находить слабые места в техническом устройстве.
Результаты анкетирования инженеров и преподавателей для выявления значимых умений бакалавров на производстве Эти виды умений, по мнению инженеров, получили свыше девяти баллов в десятибальной системе оценивания.
Результаты анкетирования преподавательского состава ТТИ НИЯУ МИФИ показали, что к наиболее значимым и необходимым в последующей инженерной деятельности следует отнести умения, связанные с успешностью решения практических задач. Высокими баллами были отмечены такие виды умений как анализ полученных результатов, логическая мыслительная деятельность и осуществление анализа поставленной проблемы.
Сравнивая результаты опроса преподавателей и инженеров (рис. 17), можно сделать вывод о том, что преподаватели более высоко (в среднем на 3,1 балла), чем инженеры, оценивают значимость умений, необходимых будущим бакалаврам в техническом вузе. При этом инженера наиболее высоко оценивают значимость таких умений как выявление значимого в информационных и научных источниках, нахождение слабых мест в техническом устройстве или объекте, выявление принципа функционирования технического устройства или объекта, проявление значимых признаков и осуществление причинно-следственные связи. При этом вышеуказанные умения при оценке инженерами имеют в среднем более 9 баллов. Наибольшая разница у инженеров и преподавателей наблюдается в оценке значимости умения четко и грамотно выражать свою мысль и выбирать нужную информацию. Она составляет около 2,9 баллов. Как, по мнению преподавателей, так и по мнению инженеров, наиболее важными являются умения использовать у учебной деятельности научно-технические информационные источники, анализировать структуру технического объекта. При оценке некоторых умений обнаруживается разброс мнений. Существенная разница во мнениях у инженеров наблюдается при оценке умений «выявлять существенные признаки»; у преподавателей — в оценке умения «четко и грамотно выражать свою мысль» и «последовательно излагать свои мысли». Наименьший разброс мнений наблюдается в оценке умения «мыслить логически».