Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин 24
1.1. Анализ состояния экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин и перспективы ее развития в условиях открытого образования 24
1.2. Анализ результатов теоретических исследований по проблеме экспериментальной подготовки по физике студентов вузов 43
Выводы по главе 1 73
Глава 2. Теоретические основы методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования 77
2.1. Теоретические основы методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин 77
2.2. Теоретические аспекты применения информационных и коммуникационных технологий в экспериментальной подготовке студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин 87
2.3. Концепция и модель методической системы экспериментальной подготовки по физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования 118
Выводы по главе 2 144
Глава 3. Методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования 148
3.1. Цели и задачи методической системы экспериментальной подготовки при изучении физики в вузах 148
3.2. Содержание методической системы экспериментальной подготовки по физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования 153
3.3. Технология экспериментальной подготовки по физике в условиях открытого образования для различных форм обучения 171
3.4. Средства реализации экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования 209
Выводы по главе 3 229
Глава 4. Педагогический эксперимент по проверке результативности методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования 233
4.1. Общая характеристика педагогического эксперимента и его констатирующий этап 233
4.2. Поисковый этап педагогического эксперимента 244
4.3. Обучающий этап педагогического эксперимента 253
Выводы по главе 4 262
Заключение 265
Литература 269
Приложения 3
- Анализ состояния экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин и перспективы ее развития в условиях открытого образования
- Теоретические аспекты применения информационных и коммуникационных технологий в экспериментальной подготовке студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин
- Содержание методической системы экспериментальной подготовки по физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования
- Общая характеристика педагогического эксперимента и его констатирующий этап
Введение к работе
Актуальность исследования. В современных условиях многие учреждения ВПО Российской Федерации проходят этап преобразования в инновационные униврситеты, национальные исследовательские университеты и федеральные университетские центры, в которых осуществляется подготовка бакалавров, магистров и специалистов, обладающих полноценным творческим потенциалом и способных вести на базе современных фундаментальных научных исследований разноплановую научно-исследовательскую, внедренческую деятельность в большом диапазоне наукоемких технологий и специальностей.
Поставленные в инновационных программах подготовки кадров в высших учебных заведениях и в концепции коренной модернизации российского образования на период до 2020 года задачи будут выполняться при оптимальном сочетании профессиональной и фундаментальной направленности образования, при значительном усилении творческого компонента учебной деятельности и реализации компетентностного, исследовательского, контекстного и практико-ориентированного подходов к обучению. В этой связи новые подходы в обучении физике и другим естественнонаучным дисциплинам следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного образования, направленного на решение поставленных перед ним задач и вносящего существенный вклад в развитие творческой личности, владеющей методологией инновационной внедренческой деятельности, личности, которая готова квалифицированно и самостоятельно решать сложные профессиональные задачи.
Для формирования у студентов исследовательских компетенций в учебные планы зарубежных и российских вузов включены различные формы занятий, позволяющих эти качества сформировать и развить. К таким видам занятий относятся лабораторные физические практикумы (ФП) в цикле естественнонаучных дисциплин, позволяющие в процессе обучения формировать у студентов навыки научно-исследовательской деятельности.
В базовые естественные науки входят астрономия, биология, география, геология, физика и химия. Все они используют математическое или компьютерное моделирование для описания рассматриваемых явлений.
Выполненный нами констатирующий эксперимент указывает на то, что в настоящий период во многих вузах наблюдается устойчивая тенденция сокращения числа часов на экспериментальную подготовку студентов, а содержание и методы проведения лабораторных практикумов не позволяют сформировать у студентов исследовательские компетенции на требуемом стандартами уровне.
Педагогический эксперимент показал, что проблема может быть решена, если: 1) изменить методику проведения лабораторных ФП так, чтобы формирование исследовательских компетенций, в сочетании с развитием творческой личности в процессе учебной исследовательской и научно-исследовательской деятельности, базировалось на современных информационных технологиях как основном средстве поддержки новой формы образования – открытого образования; 2) проводить лабораторные ФП с учетом комплексной организации самостоятельной работы студентов поисково-исследовательского характера с использованием современных ИКТ.
Существует достаточно большое число исследований, посвященных различным связанным с нашим исследованием аспектам теории и методики проведения физических практикумов в школе и в вузе, в том числе проблеме их оптимизации, а также методике обучения физике в вузе. Среди них:
работы Ю.К. Бабанского, В.А. Сластенина, В.П. Каширина и др., посвященные оптимизации учебного процесса в целом и физического практикума, в частности; труды Л.И. Анциферова, разработавшего концепцию системности и оптимизации школьного физического эксперимента, исследования Р.И. Малафеева, создавшего методику проблемного обучения при выполнении физического эксперимента. Значительный вклад в теорию и практику использования учебного эксперимента при обучении физике внесли также В.А. Буров, С.Е. Каменецкий, В.В. Майер, Н.Я. Молотков, А.А. Покровский, С.А. Хорошавин, Т.Н. Шамало, Н.М. Шахмаев, В.Ф. Шилов и другие;
исследования по методике обучения физике в системе высшего профессионального образования, выполненные А.Е. Айзенцоном, А.Д. Гладуном, Г.В. Ерофеевой, В.В. Ларионовым, Л.В. Масленниковой, И.А. Мамаевой, Е.Б. Петровой, А.А. Червовой и др., в которых существенное место отведено экспериментальной подготовке студентов;
работы А.Д. Гладуна, В.В. Ларионова, Г.Г. Никифорова, В.Г. Разумовского, В.В. Смирнова, А.В. Усовой, С.А. Хорошавина, Т.Н. Шамало, Н.И. Шефер и др., посвященные проблемно-исследовательскому обучению физике и исследовательским образовательным технологиям;
исследования, рассматривающие применение современных информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в обучении физике в учреждениях ВПО (Г.А. Бордовский, Ю.С. Брановский, Е.В. Данильчук, В.А. Извозчиков, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, В.В. Ларионов, А.В. Могилев, А.И. Назаров, Е.С. Полат, Т.К. Смыковская, и др.).
Наиболее близкими к теме нашего исследования являются работы В.В. Смирнова и В.В. Ларионова, которые посвящены методике экспериментальной подготовки студентов в физических практикумах. Однако В.В. Смирнов решает проблему организации и проведения практикума по общей физике при обучении будущих учителей физики, которая входит в профессиональный блок основной образовательной программы, при этом все лабораторные работы выполняются на реальном оборудовании. Диссертация В.В. Ларионова посвящена проблемно-ориентированной очной системе обучения физике студентов технических вузов и не содержит элементов открытого образования.
В то же время наметившаяся к началу XXI века тенденция получения высшего образования заочным (дистанционным) путем привела к развитию новых форм обучения – открытому образованию. Так, например, в Финансовом университете при Правительстве РФ после присоединения к нему в 2012 году Всероссийского заочного финансово-экономического института, Государственного университета Министерства финансов РФ и Всероссийской государственной налоговой академии Министерства финансов РФ общее число обучаемых выросло до 85 000 человек, но только 5 000 из них обучаются по очной форме. В Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) обучаются 118 000 человек в 37 филиалах 24 субъектов РФ, причем большая часть обучается по очно-заочной и заочной формах обучения. Аналогичная картина наблюдается в Санкт-Петербургском национальном минерально-сырьевом университете «Горный» – 16 875 обучаемых в 2012 году, из них 6 728 на очной форме обучения.
Несмотря на бурный рост обучаемых заочно, методическая система обучения физике, в том числе экспериментальная подготовка по физике в системе открытого образования, сочетания этой системы с традиционным очным и очно-заочным обучением, до настоящего времени не создана.
Кроме того, остается открытой проблема экспериментальной подготовки при изучении физики студентов нефизических специальностей, тех, для которых физика или естествознание входят в блок естественнонаучных и математических дисциплин.
Таким образом, проведенный анализ исследований, научно-методических публикаций, результаты констатирующего этапа педагогического эксперимента, выполненного в ходе настоящего исследования, показали, что, несмотря на особую значимость отмеченных выше научно-исследовательских работ, целенаправленные научно-педагогические исследования по разработке методической системы экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования не проводилось. Практически полностью отсутствуют научно-методические работы, предлагающие новые концептуальные подходы к формированию содержания, организационно-процессуальных форм и методов проведения лабораторных физических практикумов в блоке естественнонаучных дисциплин, реализуемых в условиях открытого образования, развивающих исследовательские компетенции обучаемых и соответствующих новой программе модернизации отечественного физического образования.
Вышеизложенное позволило выделить ряд противоречий, связанных с экспериментальной подготовкой по физике студентов учреждений высшего профессионального образования:
между потребностью современного общества в специалистах, способных использовать современные физические методы исследования в своей профессиональной деятельности, и существующим уровнем их экспериментальной подготовки при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин;
между задачей формирования у студентов исследовательских компетенций и существующей системой их экспериментальной подготовки в процессе обучения физике, осуществляющейся в рамках традиционных технологий обучения, не позволяющих в полной мере формировать эти компетенции на современном уровне;
между потенциалом физического практикума как формы и средства экспериментальной подготовки студентов к успешному решению профессиональных задач, связанных с исследовательской деятельностью и с применением физических методов исследования, и недостаточной разработанностью теоретических и методических основ их проведения в условиях реформирования системы образования;
между возможностями системы открытого образования, широким внедрением его инструментария в образовательную практику и отсутствием методики проведения лабораторных физических практикумов в современных условиях открытого образования, направленной на формирование у студентов вузов исследовательских компетенций в процессе их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности.
Из комплекса выявленных противоречий становится очевидной необходимость обоснования, разработки и практической реализации концепции и модели новой методической системы экспериментальной подготовки студентов учреждений высшего профессионального образования при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин применительно к современным условиям открытого образования (ОО).
Все изложенное свидетельствует об актуальности избранной темы исследования «Методическая система экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин», проблемой которого является поиск ответа на вопрос, какой должна быть система экспериментальной подготовки студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин с учетом проходящего в настоящее время реформирования системы образования.
Объект исследования: процесс обучения физике студентов учреждений высшего профессионального образования.
Предмет исследования: методическая система экспериментальной подготовки студентов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в учреждениях высшего профессионального образования.
Цель исследования: обоснование, разработка и реализация концепции методической системы экспериментальной подготовки студентов в физических практикумах в цикле естественнонаучных дисциплин.
Гипотеза исследования: состоит в предположении о том, что экспериментальная подготовка студентов высших учебных заведений при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин обеспечит формирование их исследовательских компетенций и повышение качества обучения физике в условиях ОО, если содержательный и процессуальный компоненты этой подготовки в физических практикумах будут:
базироваться на идеях компетентностного и системного подходов;
направлены на формирование элементов научно-исследовательского творчества студентов и организацию их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности;
учитывать современные достижения науки и наукоемких технологий;
опираться на современный инструментарий новых информационных технологий;
ориентироваться на самостоятельную деятельность студентов при выполнении учебного и научного исследований с использованием современных методов науки, предлагающих решение конкретных задач профессиональной деятельности.
В соответствии с целью и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи:
1. Выявить состояние проблемы экспериментальной подготовки студентов учреждений высшего профессионального образования при изучении физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях реформирования системы высшего образования.
2. Выявить возможности системы открытого образования для формирования у студентов учреждений высшего профессионального образования исследовательских компетенций в процессе их экспериментальной подготовки.
3. Разработать концепцию методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования, направленную на формирование у студентов исследовательских компетенций и умений использовать современные физические методы исследования в будущей профессиональной деятельности.
4. Разработать модель методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования с учетом основных положений разработанной концепции.
5. Разработать методическую систему экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования.
6. Создать специальный методический комплекс мобильных средств реализации созданной методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования.
7. Провести педагогический эксперимент по проверке гипотезы исследования.
Методологическую основу исследования составили системный, деятельностный, компетентностный, информационный и личностный подходы, на основе которых были проведены анализ предмета данного исследования и синтез целостной концепции методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО. Эти подходы своей методологией опираются на фундаментальные принципы дополнительности научной логики и фактологии, детерминизма, преемственности научных теорий и полноты системного описания. Методологическим ориентиром являются соотнесение комплексного анализа результатов педагогического эксперимента, педагогической действительности, теории и прогноза, что обусловило всю логику данного исследования: научное описание дидактических процессов в форме принятой концептуальной модели, ее оценку в ходе педагогического эксперимента, выбор ведущих идей и методик исследования.
Теоретическую основу исследования составили:
- системный подход и теоретические аспекты его реализации в педагогической теории и практике (С.И. Архангельский, В.П. Беспалько, М.А. Данилов, П.Ф. Каптерев, Ф.Ф. Королев, В.В. Краевский, В.П. Панасюк, В.В. Сериков, А.М. Суббето и др.);
- концепция личностно–ориентированного образования (Н.А. Алексеев, Е.В. Бондаревская, В.И. Данильчук, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др.);
- идеи оптимизации учебного процесса, в том числе оптимизации физического эксперимента, (Л.И. Анциферов; Ю.К. Бабанский, В.П. Каширин, В.А. Сластенин, М.Г. Штракс);
- идеи проблемного обучения, в том числе с использованием физического эксперимента (Р.И. Малафеев, А.М. Матюшкин, М.И. Махмутов, М.М. Терентьев и др.);
- концепции подготовки студентов в области физического эксперимента (В.В. Лаптев, В.В. Ларионов, В.Я. Синенко, А.В. Смирнов, В.В. Смирнов, Г.П. Стефанова, Т.Н. Шамало и др.);
- результаты работ по теории и методике обучения физике в учреждениях высшего профессионального образования (А.Е. Айзенцон, Г.В. Ерофеева, В.В. Ларионов, Л.В. Масленникова, И.А. Мамаева, А.И. Пилипенко, А.И. Подольский, А.А. Червова и др.);
- результаты исследований по проблемам мультимедийной дидактики физики (А.М. Коротков, Е.В. Оспенникова, А.В. Смирнов, В.А. Стародубцев и др.).
Логика и основные этапы исследования
Исследование проводилось с 1994 по 2013 год и состояло из трех этапов.
На первом этапе (1994–2002 гг.) осуществлялся анализ методической, педагогической и научной литературы по исследуемой проблеме, основных нормативных и концептуальных документов, которые регламентируют образовательную деятельность в вузах на современном этапе; изучалось состояние проблемы экспериментальной подготовки студентов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в педагогической теории и практике, проблемы обучения в условиях открытого образования, формулировались цели и задачи исследования, а также исходной гипотезы исследования.
На втором этапе (2003–2007 гг.) разрабатывалась концепция методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования, модели методической системы, учитывающей основные положения разработанной концепции, конструировалась сама методическая система, создавался комплекс педагогических и методических средств ее реализации.
Третий этап (2008–2013 гг.) был посвящен реализации методической системы и проверке гипотезы исследования, оценке результативности разработанной методической системы, внедрению результатов исследования в педагогическую практику определению направлений и перспектив дальнейшего исследования изучаемой проблемы.
Научная новизна исследования
1. Обоснована необходимость создания новой методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин, позволяющей оптимально сочетать учебно-деятельностные, компетентностные и знаниевые компоненты, включающей в себя самостоятельную, учебную и учебно-научную исследовательскую работу обучаемых.
2. На методологическом и организационно-процессуальном уровнях предложено новое решение проблемы повышения эффективности экспериментальной подготовки бакалавров при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин посредством дистанционных физических практикумов (ФП) и эффективного формирования исследовательских компетенций обучаемых.
3. Разработаны концепция и модель методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, базирующиеся на системном подходе. Основные положения концепции и элементы структуры методической системы направлены на создание и реализацию условий, способствующих формированию у обучаемых исследовательских компетенций, творческого подхода к физическому эксперименту, качественного освоения большого объема учебной информации, ее критического анализа, поиска нестандартных подходов к решению сложных физических задач в учебно-научной деятельности.
4. Разработана методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, отвечающая методологии учебного научного исследования, проводимого в ходе выполнения учебного физического эксперимента в вузе за счет оптимального сочетания виртуального, натурного и вычислительного экспериментов. Созданные ФП служат основой для создания учебных физических лабораторий нового поколения, ориентированных на самостоятельное добывание знаний и самостоятельный характер учебно-исследовательской деятельности студентов в условиях ОО.
5. Разработаны варианты сочетания различных видов эксперимента в ФП (натурный, дистанционный, виртуальный) для разных форм обучения:
- для очной формы используются, в основном, натурные ФП, дополненные системами видеодопуска, проектирования и проведения натурного эксперимента, обработки экспериментальных данных и составления отчета;
- для очно-заочной формы часть работ (натурных) проводится в лабораториях, аналогично очной форме обучения, но основное отличие заключается в совмещении в одной лабораторной работе нескольких экспериментов. Другая часть ФП проводится в дистанционной и виртуальной формах с получением видеодопусков и составлением отчетов;
- для заочной формы основные ФП проводятся в виртуальной и дистанционной формах с получением видеодопусков и составлением отчетов. Во время зачетных сессий преподаватели, оснащенные комплексами мобильных средств ЭП, выезжают в филиалы вузов проведения компактных ФП на местах.
6. Доказано, что созданная методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО позволяет повысить качество обучения физике в учреждениях ВПО.
7. Создан специальный методический мобильный комплекс средств реализации методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО. В состав комплекса входят мобильные компьютеризированные видеосистемы, используемые для реализации физических экспериментов и для контроля полученных знаний и умений по физическому экспериментированию, специальные мобильные информационно-измерительные системы для выполнения физических измерений, мобильные системы управления физическим экспериментом для задания и определения физических параметров учебной экспериментальной установки; мобильные многофункциональные ФП, позволяющие проводить лабораторные работы в цикле естественнонаучных дисциплин по разным направлениям обучения (физика для физических специальностей, физика для технических специальностей, физика для педагогических специальностей, физика для специалистов естественнонаучного профиля и т.п.). Созданный методический комплекс может применять для обучения лиц с ограниченными возможностями (инвалидов и других обучаемых, не имеющих возможности посещать учреждение ВПО).
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что они вносят вклад в развитие теории и методики обучения физике в учреждениях высшего профессионального образования, т.к. расширяют представления о теоретических основах экспериментальной подготовки студентов в физических практикумах цикла естественнонаучных дисциплин за счет того, что:
- определены место и возможности открытого образования в экспериментальной подготовке студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин,
- обоснованы и разработаны варианты сочетаний видов физического эксперимента (натурного, дистанционного и виртуального) для разных форм обучения – очной, очно-заочной и заочной,
- обоснованы и разработаны варианты модели методических систем экспериментальной подготовки студентов для трех форм обучения (очной, очно-заочной и заочной),
- определены принципы построения специального методического мобильного комплекса средств для реализации созданной методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, позволяющие расширить предметные области их применения.
Практическое значение результатов исследования заключается в создании методических разработок, рекомендаций и пособий, новых исследовательских лабораторных работ. В частности:
- разработана методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин;
- разработаны учебно-методические комплексы дисциплин подготовки студентов в бакалавриате (специалитете) и магистратуре в технических университетах, включающие программы дисциплин, методические рекомендации;
- разработаны учебно-методические пособия по лекционному материалу, для практических и лабораторных занятий по физике, в которых отражена ведущая роль разработанной методической системы экспериментальной подготовки вузов для различных форм обучения;
- разработан учебно-методический комплекс лабораторных работ;
- разработан мобильный комплекс средств экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, в том числе применяемый для лиц с ограниченными возможностями;
- разработан видеообучающий информационно-технологический комплекс средств, обеспечивающий самостоятельную учебно-научную исследовательскую работу студентов вузов в условиях ОО.
Внедрение разработанных комплексов и материалов позволяет формировать у студентов в ходе ЭП исследовательские компетенции.
Апробация и внедрение результатов, полученных в ходе исследования, осуществлялись:
на Международных конференциях «Современный физический практикум» СФП –04, 06, 08, 10, 12 (Москва-2004, Волгоград-2006, Астрахань-2008, Минск-2010, Москва-2012);
на Международных конференциях «Физика в системе современного образования ФССО – 07, 09, 11» (Санкт – Петербург, 2007, 2009, Волгоград, 2011);
на VIII, IX, X, XI и XII Международных научно-методических конференциях МПГУ «Физическое образование: проблемы и перспективы», Москва (2009, 2010, 2011, 2012, 2013);
на Международной научно-практической конференции МГОУ «Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, вуз», Москва (2009, 2010 и 2011);
на научно-методической школе-семинаре по проблеме «Физика в системе инженерного и педагогического образования стран ЕврАзЭС», ВВИА им. Н.Е. Жуковского, Москва (2008);
на V, VI и VII Всероссийских конференциях МГТУ им. Н.Э. Баумана «Необратимые процессы в природе и технике», Москва (2009, 2011, 2013);
на XXII-XXVII Всероссийских научно-практических конференциях «Учебный физический эксперимент: актуальные проблемы. Современные решения»: - Глазов: ГГПИ, (2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012);
на II научно-практической конференции «Безопасность как фактор устойчивого развития регионов», РГОТУПС, Ижевск, (2007);
на совещаниях заведующих кафедрами физики технических университетов России (Москва, 2008, 2009, 2010, 2011);
на научно-практических конференциях «Неделя науки» – (2007, 2008, 2009, 2010, 2011), «Наука МИИТа – транспорту», Москва (2007, 2008, 2009, 2010, 2011);
- через публикацию книг, пособий, статей, научно-методических материалов; организацию и проведение научно-методических конференций по физике, участие в формировании тематики публикуемых в журнале «Физическое образование в вузах» учебно-методических материалов;
- в процессе личного участия автора в преподавании физики в лаборатории НИРС НИУ Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана, с участием ведущих преподавателей кафедр вузов Российской Федерации и Латвии (Московский педагогический государственный университет, Волгоградский государственный социально-педагогический университет, МАИ (НИУ), Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), НИЯУ МИФИ, МФТИ (ГУ), Петрозаводский государственный университет, Рижский Институт транспорта и связи, СПб НИУ ИТМО, СПбГПУ, Финансовый университет при Правительстве РФ).
Результаты исследования внедрены в высших учебных заведениях: Московском педагогическом государственном университете, Российском государственном открытом техническом университета путей сообщения (РГОТУПС), Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ), в НИУ Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана и в Финансовом университете при Правительстве РФ.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Реализация разработанной методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в различных формах обучения (очное, очно-заочное и заочное) позволяет в условиях открытого образования формировать у студентов исследовательские компетенции в области физического эксперимента (эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование, использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин, применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов физических исследований, пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза физической информации) и обеспечить овладение практическими компетенциями в области организации эксперимента и управления экспериментальной установкой при проведении экспериментальных физических исследований.
2. Модель методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, нацеленная на формирование экспериментальных исследовательских компетенций и основанная на системном, деятельностном и проблемно-ориентированном подходах с учетом интерактивного характера обучения, позволяет при использовании специальных компьютерных видеосистем обеспечить дифференциацию и индивидуализацию в обучении при работе в учебных научно-исследовательских виртуальных мини-коллективах, в которых студенты, находясь на удаленном расстоянии друг от друга, совместно получают новые знания в едином учебном процессе.
3. Процессуальный компонент методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования реализуется через организацию и проведение ФП с применением современного инструментария новых информационных технологий, формирование элементов научно-исследовательского творчества студентов в их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности, расширение связи содержания лабораторных работ с наукоемкими технологиями.
4. Технология экспериментальной подготовки на базе учебно-научных физических лабораторий в различных формах обучения предполагает различные виды сочетания виртуального, натурного и вычислительного экспериментов в комплексе с компьютерным моделированием и физическим экспериментом с удаленным доступом в зависимости от формы обучения (очной, очно-заочной и заочной), объединив в единый взаимосвязанный процесс обучение и контроль формирования исследовательских компетенций.
5. Методический мобильный комплекс средств реализации ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования должен включать мобильные компьютеризированные видеосистемы, используемые для реализации физических экспериментов и для контроля сформированности приобретенных компетенций в области физического экспериментирования, специальные мобильные информационно-измерительные системы для выполнения физических измерений, мобильные системы управления физическим экспериментом для задания и определения физических параметров учебной экспериментальной установки и мобильные многофункциональные физические практикумы, позволяющие проводить лабораторные работы в цикле естественнонаучных дисциплин по разным направлениям обучения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка 297 источников, приложений, содержит 52 рисунка и 7 таблиц. Общий объем диссертации – 355 страниц, в том числе основной текст 302 страницы.
Анализ состояния экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин и перспективы ее развития в условиях открытого образования
Главное направление образовательной политики Российской Федерации активно обсуждается и широко освещается в средствах массовой информации и на просторах Интернета. Оно раскрывается в различных обсуждаемых и уже принятых документах: в законе Российской Федерации «Об образовании», Федеральном законе РФ «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» [78], в национальной доктрине образования в Российской Федерации до 2025 года, концепции модернизации российского образования на период до 2020 года, и других. Это направление определено и конкретизировано в инновационных программах 2010-2020 гг. В этих программах и законах подчеркивается необходимость подготовки специалистов, способных активно владеть знаниями, уметь адекватно принимать компетентные решения при любых ситуациях. Основная цель принимаемых постановлений и законов -повышение качества высшего профессионального образования, основываясь на его фундаментальности и соответствия перспективным и актуальным потребностям государства, общества и личности.
Перед профессорско-преподавательским составом, работающем в области физического образования, поставлены задачи:
реализовать выполнение образовательных стандартов нового поколения в цикле естественнонаучных дисциплин;
формировать у студентов целостные представления о роли естественнонаучного знания в культурно-историческом развитии человечества;
обеспечить обучение студентов, основываясь на принципах научности, фундаментальности, целостности научной картины мира;
сформировать у обучаемых необходимые общекультурные и профессиональные компетенций (ОК и ПК), требуемые стандартами нового поколения [255].
Из анализа перечня направлений подготовки и специальностей высшего профессионального образования Российской Федерации, а также из федеральных государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования третьего поколения (ФГОС ВПО) следует, что из примерно трех десятков укрупненных групп специальностей и направлений подготовки, в 86% из них именно физика является обязательным учебным предметом. При этом в разработанных стандартах (ФГОС ВПО) дисциплина физика размещается либо в блоке специальных дисциплин, либо в блоке дисциплин предметной подготовки [251]. Доля часов в учебных программах, отводимых для изучения физики, составляет от 55% для специальностей физико-математической подготовки, 34% для учителя физики, 15% для инженерных специальностей, 8-10% для специальностей «био- и геофизика», до 2% для таких специальностей как «Реставрация» 072200 или «Сестринское дело» 060109.
Аналогичное положение дел с физическим образованием наблюдается и в зарубежных университетах, так на курс общей физики для специальности «Бакалавр физики» в университете Кембриджа отводится около 12% от всего времени обучения.
Существующие федеральные образовательные программы (ФГОС ВПО) создают предпосылки методологического обоснования системного подхода в обучении и воспитания специалистов физического профиля, основываясь на инновационной системе подготовки специалистов, ее вариативности и лабильности. Ближайшей и стратегической целью всего профессорско-преподавательского состава высшей школы России является подготовка высококлассных специалистов, которые могли бы на мировом уровне обеспечить положительные изменения в социальной сфере, экономике и науке в нашей стране.
Наметившаяся к началу XXI века тенденция получения высшего образования заочным (дистанционным) путем привела к развитию новых форм обучения - открытому образованию. Приведем информацию по данным официальных сайтов вузов. Так, в Финансовом университете при Правительстве РФ после присоединения к нему в 2012 году Всероссийского заочного финансово-экономического института, Государственного университета Министерства финансов РФ и Всероссийской государственной налоговой академии Министерства финансов РФ общее число обучаемых выросло до 85 000 человек, но только около 5 000 из них обучаются по очной форме. В Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) обучаются 118 000 человек в 37 филиалах 24 субъектов РФ, причем большая часть обучается по очно-заочной и заочной формах обучения. Аналогичная картина наблюдается в Санкт-Петербургском национальном минерально-сырьевом университете «Горный» (http://wvyw.spmi.ru) - 16 875 обучаемых в 2012 году, из них 6 728 на очной форме обучения.
Кроме того, остается открытой проблема экспериментальной подготовки по физике студентов нефизических специальностей, тех, для которых физика или естествознание входят в блок естественнонаучных и математических дисциплин.
Академик РАН О.Н. Крохин в интервью, данном им при открытии в Москве в 2004 году VII-ой конференции стран Содружества «Современный физический практикум 2004» сказал: "Компьютерные практикумы — хорошее подспорье в изучении физики. Но не более того.
Студент должен своими руками все изучаемое «пощупать», пропустить через себя, «прочувствовать»" [165].
Рассмотрим состояние экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин.
Во многих учреждениях ВПО в цикле естественнонаучных дисциплин в настоящее время, в частности, в курсе физики в традиционном понимании, обеспечивается минимальная базовая подготовка для приобретения исследовательских и профессиональных компетенций, знаний и успешного усвоения общетехнических дисциплин. При этом часто пренебрегают тем положением Закона об образовании, где основной упор делается на развитие у учащихся интеллектуальной индивидуальности, что без обучения физике невозможно реализовать, ибо «степень развития других естественных наук оценивается тем, насколько близко им удается подойти к уровню, характерному для физики» [146, 156]. Язык физики, присущей физике стиль научного мышления, используются для описания и решения нестандартных ситуаций и задач, и именно они являются причиной того, что на основе физики развиваются и зарождаются новые науки. Например, примерно 20 лет назад появилась физическая экономика (эконофизика) [http://econophysics.nayk.ru/], которая на языке физики описывает экономические процессы. Необходимо создать такие условия, чтобы учебный процесс превратился в «реализацию учебной модели научного исследования» [156]. При этом в обучении физике нужно и можно выделять как компонент наукоемкого внедренческого приложения, так исследовательский компонент, которые необходимо формировать в процессе научно-исследовательской и учебной деятельности обучаемых.
Следовательно, если раньше основная образовательная задача состояла в формировании у обучаемых прочных систематизированных знаний, то сейчас, и в ближайшей перспективе, на передний план будут выходить: формирование необходимых общекультурных, специализированных и исследовательских компетенций, способностей студентов к творческому профессиональному труду и активной деятельности. При этом обучение как процесс состоит в том, что обучаемый не только и не столько усваивает конкретные знания, но и овладевает методами исследовательской, творческой деятельности. Меняется соответственно и цель учебной и педагогической деятельности. Она заключается в овладении студентами содержанием учебной дисциплины до такого уровня, чтобы быть готовым не только применять полученные знания и обобщения, но и уметь оперативно анализировать и прогнозировать возможные реальные изменения действительности при разнообразных на нее воздействиях. Следует признать, что главным является создание для студентов таких условий, которые позволили бы включить их в добровольный и активный процесс обучения и сформировать у них исследовательские компетенции.
В ходе проведения констатирующего эксперимента в рамках данного исследования проверялось положение о том, что существующие формы и методы организации лабораторных работ не позволяют в полной мере сформировать у студентов необходимые исследовательские компетенции и подготовить их к самостоятельным учебно-научным исследованиям. В нескольких вузах, вовлеченных в педагогический эксперимент (МИИТ, МГТУ им. Н.Э.Баумана, Mill У), был проведен опрос студентов 1 и 2 курса, направленный на определение степени сформированности исследовательских компетенций и способности проводить самостоятельные исследования. В опросах участвовало 516 студентов, анкеты содержали 4 вопроса, связанных с формулировкой цели экспериментальной работы, разработкой идеи и схемы эксперимента, плана проведения эксперимента и обработкой полученных данных. Подробные данные констатирующего эксперимента представлены в главе 4.
Теоретические аспекты применения информационных и коммуникационных технологий в экспериментальной подготовке студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин
Ключевые процессы XXI века выделяют в качестве определяющих глобализацию, формирование информационного общества и становление экономики знаний. Под экономикой знаний понимается тип экономики, в котором значительная часть валового национального продукта (ВНП) создается в отраслях, непосредственно производящих новые знания, информационные блага и услуги, а также оборудование для передачи и обработки знаний [53]. Особенность будущей экономики России составляет ее полимодельность, т. е. одновременное существование сырьевой, технологической и инновационной моделей, при устойчивой тенденции повышения роли и значения последней, что и обуславливает необходимость совершенствования уровня подготовки специалистов для этого типа экономики, повышения их адаптивности для работы в новой, информационной среде.
Современное высшее образование — это высоко динамичная система, обеспечивающая справедливость доступа, адекватность ожиданиям общества с долгосрочной ориентацией на социетальные1 цели, междисциплинарный и трансдисциплинарный подходы к анализу проблем и вопросов, реализующая новаторские подходы обеспечивающие развитие критического мышления и творчества, ставящая во главу процесса обучаемого [210].
Существующий уровень развития информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) позволяет реально воплотить в жизнь девиз ЮНЕСКО: «Образование для всех на протяжении всей жизни», согласно которому для любого человека, независимо от его возраста, места жительства, профессии, физических и физиологических возможностей, должны быть созданы необходимые условия, которые могли бы способствовать непрерывному повышению его уровня образования, преодоления физической удаленности от центра образования и неодинаковых способностей людей к передаче и восприятию одной и той же информации» [46].
Ряд экспертов российской системы высшего профессионального образования отмечают, что возрастная, профессиональная, социальная диверсификация контингента обучающихся детерминирует вариативный подход к формам, срокам, общей методологии получения высшего образования [1, 8, 10-12, 16, 22, 24, 32, 35, 42, 44, 49, 64, 82]. Сложившаяся в настоящее время практика формализации образовательных методик определения уровня, качества подготовки специалистов, процедур, форм и методов работы обучаемого и преподавателя вступает в противоречие с динамично меняющимися условиями, возможностями современных технических средств обучения, коммуникационных и информационных технологий и самим характером профессиональной деятельности специалиста с высшим образованием [150].
Традиционный учебный процесс, построенный по лекционно-семинарскому принципу, формализованный по времени и месту, нормативам ресурсного обеспечения, ориентирован на экстенсивный тип развития. Стремление максимально формализовать учебные процедуры и их упорядочить ведет, в конечном итоге, к подавлению креативной, творческой составляющей любого учебного процесса. При этом стремление отменить, преодолеть все формальные процедуры еще более опасно.
В структуре учебного процесса предстоит преодолеть существующую предметную разобщенность. Одним из возможных механизмов преодоления разобщенности может служить декомпозиция профессиональных компетенций, выделение их составляющих и интеграция содержательной части учебных дисциплин в модули (блоки), алгоритмизированные между собой функциональной целесообразностью, либо этапами процессов профессиональной деятельности [11, 22, 32]. В процессе преобразования научных познаний на методологическом уровне в общемировоззренческие взгляды будущих специалистов, которые будут способствовать их личностному становлению и процессам самопознания обучаемых в качестве субъекта познания. Эти процессы будут носить как индивидуальный характер, так и корпоративный. При анализе работ [132, 166] можно сделать выводы, что в процессе обучения естественнонаучным дисциплинам методологические знания стимулируют незамедлительно ориентацию студентов вузов на достижение успехов в учебе, в создании и разработке учебно-исследовательских и учебных проектов, различных приборов и программ учебного назначения и т.д.
Научный уровень студенческих разработок зависит существенным образом от постановки задачи, сформулированной при самостоятельном поиске, от установки цели, от способности формулировать поэтапно поставленную задачу, решать ее последовательно в среде обучения, созданной совместно студентами и преподавателем как субъектами познания.
Мнения многих экспертов и проведенные нами исследования позволили очертить направления и преобразования, наиболее значимые и ожидаемые в образовании РФ [93, 206]. Ожидается постепенный переход к вариативному подходу к приемам и методам учебной подготовки и формам (расширение контингента обучаемых в системе открытого образования), изменение отношения к формализации образовательных процедур, переход от линейного к нелинейному, открытому, расширенному представлению наполнения и содержания всех учебных дисциплин, изменение содержания и порядка взаимодействия вузов и всего профессионального сообщества. Практически во всех вышеприведенных направлениях предполагаемых изменений причиной, инициирующей эти изменения, можно признать новые информационные технологии и последствия, вызванные их внедрением в социальные и производственные структуры общества.
Поэтому, видимо, следует признать главенствующую роль в предстоящих преобразованиях информационно-коммуникационных технологий, перейти от эпизодического решения составляющих образовательных задач к системному, функционально-целевому преобразованию учебного процесса новыми ИКТ. Одной из этих технологий, признанной и успешно развивающейся в государствах Организации Экономического Сотрудничества и Развития (ОЭСР), является технология дистанционного образования.
Повышение интереса к дистанционным образовательным технологиям (ДОТ), применяемым в условиях открытого образования, устойчивый рост количества обучаемых с применением этих технологий обусловлены достигаемым синергетическим эффектом в обучении от системного применения средств, в совокупности составляющих технологию ДОТ при доминанте педагогической составляющей технологии. Традиционно, под ДОТ понимаются образовательные технологии, реализуемые в основном с применением информационных и телекоммуникационных технологий при опосредованном (на расстоянии) или не полностью опосредованном взаимодействии обучающегося и педагогического работника [231].
Для реализации поставленных задач необходимо разработать и внедрить в учебный процесс модель применения дистанционных образовательных технологий (ДОТ) направленную на формирование виртуального сообщества, объединенного учебной деятельностью инновационного типа путем создания образовательной среды портального типа, создающей предпосылки для модернизации методологии и методики ведения образовательного процесса [100, 139, 112, 123, 132, 135-136, 170, 175].
Как в традиционной, так и в инновационной схеме на занятиях в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования создаются научные, поисковые, технические, учебные проблемы.
При этом различие учебной и научной проблем раскрывается на каждом из этапов творческого мышления [151]:
- возникновения проблемной ситуации;
- постановки проблемы;
- ее решения.
В науке проблемные ситуации часто возникают как результат практических требований при развитии производства и/или самой науки, как итог перерастания некой проблемы из практической области в научную плоскость или собственно при логическом развития самой науки. Им в процессе обучения соответствуют проблемные ситуации, которые возникают стихийно или преднамеренно создаются преподавателями.
Содержание методической системы экспериментальной подготовки по физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования
Рассмотрим содержание методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов по физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО.
Содержание экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин структурировано относительно базовой (неменяющейся) и вариативной (изменяющейся) части. Вариативная часть разработана в зависимости от специализации и направления подготовки, а также различия форм обучения.
В ряде вузов при экспериментальной подготовке по физике имеется возможность поощрить наиболее способных студентов и создать для них благоприятные условия для развития их творческого потенциала. Так при очной форме обучения на базе зала научно-исследовательской работы студентов (НИРС) на кафедре физики (ФН-4) МГТУ им. Н.Э. Баумана создаются специальные студенческие группы [126]. В начале третьего семестра преподаватели, работающие в зале НИРС, имеют возможность выбрать из общего потока студентов 2 курса по 6-8 обучаемых, перешедших на второй курс с «отличными» и «хорошими» оценками по физике за 2-й семестр. Если на третьем и четвертом семестрах в других аудиториях экспериментальной подготовки группа из 10-15 студентов выполняют одну и ту же лабораторную работу, то в зале НРИС одновременно выполняются 3-4 разные работы группами по 2-3 человека. Таким образом, каждый студент зала НИРС имеет возможность обучаться по индивидуальной траектории, согласуя с преподавателем содержание предстоящих лабораторных работ и объем дополнительной самостоятельной работы.
Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, студенты получают допуск по разработанной нами компьютерной программе, которая последовательно предлагает вопросы, включающие общую теорию и более узкую теорию конкретных лабораторных работ, в частности методику и технику проведения эксперимента, вывод рабочих формул, схемотехническое моделирование. Часть тестовых заданий позволяет оценить способность студентов к обобщённым методам экспериментального исследования как будущих инженеров. Обработка полученных результатов, оформление выполненной работы и ее защита, происходят на лабораторном компьютере.
Рассмотрим перечень лабораторных работ, выполняемых студентами в рамках реализации методической системы экспериментальной подготовки в цикле естественнонаучных дисциплин:
Электромагнитные явления и волны. Базовая часть
Э-2 «Электроизмерительные приборы физической лаборатории»
Э-3 «Исследование процессов зарядки и разрядки конденсатора»
Э-6 «Электрические колебания в контуре LRC»
0-4 «Интерференция электромагнитных волн»
Э-7 «Изучение свойств электромагнитных волн»
Э-12 «Электромагнитная индукция. Магнитное поле соленоида»
Э-18 «Исследование релаксационных колебаний в генераторе на газоразрядной лампе» (работа рассчитана на два четырехчасовых занятия)
Э-9 «Использование явления электромагнитной индукции для измерения малых перемещений и изучения неоднородного магнитного поля»
Э-1 «Изучение электростатического ПОЛЯ с помощью электролитической ванны»
Э-5 «Изучение движения электронов в поперечных магнитном и электрическом полях»
Вариативная часть
Э-13 «Исследование газоразрядной плазмы методом электростатических зондов»
Э-15 «Изучение скин-эффекта»
Ф-12 «Изучение электрических свойств сегнетоэлектриков»
Э-17 «Пьезоэлектрический эффект для диагностики динамической нагрузки»
М2а «Исследование волновых процессов с помощью пьезоэлектрических преобразователей»
0-38 «Гальваномагнитные явления в полупроводниках. Эффект Холла»
Все вышеперечисленные работы выполняются после получения студентами видеодопуска, состоящего из прохождения системы тестов, ответов на вопросы теоретического и практического характера. В зависимости от числа часов, выделенных на проведение экспериментальных работ, студентам предлагается 2-3 работы из базовой части и одну из вариативной.
Оптические явления Базовая часть
О-16 «Классические опыты по интерференции света»
0-22 «Поляризация света. Закон Малюса»
О-6 «Изучение явления дисперсии света с помощью монохроматора»
0-7 «Измерение геометрических параметров поверхностей прозрачных тел интерференционным методом»
0-24 «Определение размеров частиц с помощью лазера дифракционным методом»
0-9 «Изучение дифракции света в волновой зоне на щели»
О-15 «Прохождение линейно поляризованного излучения через границу раздела двух сред»
О-Зб «Изучение явления интерференции света»
О-17 «Отражение и преломление световых волн на границе раздела диэлектриков»
Вариативная часть
0-1 «Практическое применение голографии»
0-2 «Абсорбционная спектрометрия твердых тел»
0-5 «Определение кардинальных точек и параметров оптических систем. Моделирование зрительной трубы и микроскопа» (работа рассчитана на два четырехчасовых занятия).
О-10 «Изучение дифракции света в волновой зоне на двух щелях, дифракционной решетке и двумерных периодических структурах» (работа рассчитана на два четырехчасовых занятия).
0-37 «Изучение явления интерференции света и измерение параметров когерентности оптического излучения»
0-41, 0-44 - «Измерение длин волн с помощью дифракционной решетки, определение ее угловой дисперсии и разрешающей силы»
О-З «Определение постоянной Гладстона — Дейла и молекулярной рефракции для воздуха интерференционным методом»
0-8 «Изучение голографического преобразования электромагнитных волн»
О-13, О-14 «Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера на круглых объектах» (работа рассчитана на два четырехчасовых занятия).
0-322 «Изучение оптической анизотропии веществ с помощью поляриметра»
О-З 15 «Изучение дисперсии света в призме с помощью гониометра»
О-12 «Эффект Доплера в лазерной анемометрии»
Ряд лабораторных работ содержит виртуальные тренажеры, либо является сочетанием натурного и виртуального экспериментов. Все вышеперечисленные работы выполняются после получения студентами видеодопуска, состоящего из прохождения системы тестов, ответов на вопросы теоретического и практического характера. В зависимости от числа часов, выделенных на проведение экспериментальных работ, студентам предлагается 2-3 работы из базовой части и одну из вариативной.
Общая характеристика педагогического эксперимента и его констатирующий этап
В данной главе анализируются итоги педагогического эксперимента по результативности методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования. В ней описан педагогический эксперимент, проведенный в ходе диссертационного исследования, а его целью являлась проверка гипотезы исследования. Критериями достижения результативности служили: повышение качества обучения физике в вузе и сформированность у студентов исследовательских компетенций. Педагогический эксперимент проводился в три этапа (таблица 4.1): констатирующего, поискового и обучающего и осуществлялся с 1995 по 2013 гг. В нем участвовало более 1 600 студентов различных вузов Москвы, Волгограда, Санкт-Петербурга и Риги. При проведении педагогического эксперимента были использованы различные методы: беседы и анкетирование, опытное преподавание, лабораторный эксперимент, наблюдение и экспертные оценки. Экспериментальные данные были обработаны с применением методов математической статистики.
На рис. 4.1 представлена общая структура исследования. Целью констатирующего эксперимента являлась проверка состояния проблемы, поставленной в диссертационном исследовании, определить как уровень подготовки обучаемых в области естественных наук, так и их мотивации к изучению физики и другим естественнонаучным дисциплинам, уровень овладения студентами общенаучными методами познания и степень сформированности у них исследовательских компетенций. На этапе констатирующего эксперимента изучалось состояние проблемы исследования, выявлялся уровень подготовки обучаемых в цикле естественнонаучных дисциплин, их мотивации к изучению физики, определялись уровни постижения студентами общенаучных методов познания и овладения приемами проблемно-ориентированных методов обучения.
Рис. 4.1. Общая структура исследования. Сам этап констатирующего эксперимента проходил в 1995-2003 гг. с обучающимися студентами на различных специальностях и формах обучения: очно, заочно и дистанционно в Москве (МИИТ, РГОТУПС и Российская открытая академия транспорта) и МШУ.
Для проведения констатирующего эксперимента были использованы средства телекоммуникаций: студенты Российского государственного открытого технического университета путей сообщения (РГОТУПС), обучающиеся кафедре «Инженерная экология и техносферная безопасность» по очно-заочной и заочной форме, выполняли ряд предложенных тестов и заданий, и в режиме online объясняли их ход решения.
В ходе констатирующего этапа изучалось состояния проблемы исследования, выявлялся уровень подготовки обучаемых по физике и их мотивации к изучению естественнонаучных дисциплин, в частности физики, а также уровень овладения ими общенаучными методами познания и степени сформированности исследовательских компетенций при проведении ФП. В ходе констатирующего исследования было выявлено неудовлетворительное состояние степени сформированности исследовательских компетенций студентов вузов. В ходе эксперимента было проведено проектирование настоящего исследования: сформулированы гипотеза и задачи, обоснована его актуальность, выполнена технологическая подготовка. Для получения объективной оценки уровня знаний обучаемых при практических занятиях и степени владения ими экспериментальными методами было проведено анкетирование студентов нескольких факультетов в различных университетах. На данном этапе констатирующего эксперимента участвовало 516 человек.
В частности, к эксперименту были привлечены студенты: а) первых и вторых курсов. Необходимость их участия была обусловлена задачей по выявлению уровня начальной подготовки обучаемых в цикле естественнонаучных дисциплин и определением их мотивации к изучению физики, а также степенью владения студентами методами познания, в том числе и общенаучными, и освоения ими приемов проблемно-ориентированного обучения.
В ходе проведения констатирующего эксперимента в рамках данного исследования проверялось положение о том, что существующие формы и методы организации лабораторных работ не позволяют в полной мере сформировать у студентов необходимые исследовательские компетенции и подготовить их к самостоятельным учебно-научным исследованиям. В нескольких вузах, вовлеченных в педагогический эксперимент (МНИТ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Mill У), среди студентов 1 и 2 курса был проведен опрос, направленный на определение степени сформированности исследовательских компетенций и способности проводить самостоятельные исследования. В опросах участвовало 516 студентов, анкеты содержали 4 вопроса, связанных с формулировкой цели экспериментальной работы, разработкой идеи и схемы эксперимента, плана проведения эксперимента и обработкой полученных данных.
В МГТУ им. Н.Э. Баумана анкетирование проводилось в группах на втором курсе в 3 и 4 семестрах: БМТ1-41, СМЗ-21, СМЗ-31, СМ7-32, СМ 10-22, РК6-31, Э2-41, Э10-42, ФН2-42.
Обработка анкет показала, что 85% опрошенных называют в качестве цели название лабораторной работы, 7% - пытаются пересказать ход выполнения работы, а лишь 8% - дают верные ответы (рис. 4.2). Для проверки второго вопроса, связанного с самостоятельной разработкой идей и схем эксперимента, обучаемым предлагались «методички», содержащие только теоретические описания физических процессов и явлений без предложения схем проведения экспериментальных исследований. Так в МГТУ им. Н.Э. Баумана студентам 2 курса факультета ФН была предложена лабораторная работа «Распространение ударных волн в твердых телах» без традиционной схемы экспериментальной установки. Участникам педагогического эксперимента предлагалось выбрать приборы и датчики для измерения скорости прохождения ударных волн, твердые тела различной формы и из различных материалов. При обработке анкет выяснилось, что только 6% участников смогли правильно построить схему экспериментальной установки, выбрать необходимые материалы ударника и мишени, подключить пьезодатчики и измерительную осциллографическую аппаратуру. 15% студентов не смоги приступить к построению схемы эксперимента, 55% - не справились с заданием, 24% - выполнили задание частично (рис. 4.3).Анализ результатов по второму вопросу анкеты показал, что даже наличие подробнейшего теоретического сопровождения в описании лабораторного практикума не гарантирует у студентов побуждения мотиваций для создания схем и идей по разработке экспериментальной установки.
Третьим вопросом предлагаемой анкеты была проверка умений и навыков по разработке плана проведения физического эксперимента. В ходе анкетирования студентам предлагались задания, для выполнения которых было необходимо составить план выполнения предложенного исследования. Например, найдите значение плотности воздуха, определите плотность дорожек при записи на диск ДВД, СД или Blue ray, определите сопротивление нити накала электрической лампочки и подводящих проводов из различных материалов и т.д. Анализ обработанных анкет показал, что доля студентов, не приступивших к выполнению задания и не справившихся с ним, составила 82%, частично выполнили 11% опрошенных, но лишь 7% студентов правильно составили план проведения эксперимента (рис. 4.4).
Похожие диссертации на Методическая система экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин
