Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема подготовки по физике в системе высшего технического образования: анализ состояния и методологические предпосылки исследования
1.1. Подходы к проектированию компетентностно ориентиро ванного курса физики в техническом вузе 26-33
1.2. Проблемы и тенденции развития отечественного инженерного образования в современных социально-экономических условиях 33-40
1.3. Цели подготовки по физике в техническом вузе с позиций эволюции государственных образовательных стандартов 40-66
1.4. Состояние проблемы подготовки по физике выпускников системы среднего общего образования и студентов техни ческих вузов
1.5. Состояние проблемы в педагогической науке Выводы по первой главе
100-163
Глава 2. Теоретико-методологические основы проектирования компетентностно ориентированного курса физики в техническом вузе
2.1. Компетентностный подход в системе высшего профессио нального образования 100-116
2.2. Общедидактические подходы к анализу, проектированию, оптимизации содержания образования и обучения 116-128
2.3. Методы анализа и проектирования содержания обучения 129-141 2.4. Системно-технологический подход как методологическая основа проектирования курса физики 141-148
2.5. Концепция проектирования курса физики для подготовки бакалавров в техническом вузе 148-162
Выводы по второй главе 162-163
Глава 3. Технологические основы проектирования компетентно-стно ориентированного курса физики в техническом вузе 164-255
3.1. Технология проектирования целей и содержания компе тентностно ориентированного курса физики 164-234
3.1.1. Проектирование целей физического образования в техническом вузе 164-190
3.1.2. Структурно-логический анализ содержания курса физики для технических направлений подготовки 191-207
3.1.3. Формирование фундаментально-прикладной компоненты содержания обучения 207-221
3.1.4. Согласование курсов физики и математики 221-2
3.2. Механизм оценки уровня подготовленности по физике в техническом вузе 234-249
3.3. Согласование содержания подготовки по физике на образовательных уровнях среднего общего и высшего профессионального образования 249-253
Выводы по третьей главе 253-255
Глава 4. Опытно-экспериментальная проверка основных положений концепции проектирования курса физики для подготовки бакалавров в техническом вузе 256-307
4.1. Подготовка первокурсников к успешному восприятию и усвоению курса физики 256-267
4.2. Проектирование целей и содержания курса физики для конкретного направления инженерной подготовки 267-285
4.3. Средства и методы достижения целей обучения физике
в техническом вузе 285-298
4.4. Анализ результатов опытно-экспериментальной работы 298-305
Выводы по четвертой главе 306-307
Заключение 308-310
Список использованной литературы
- Цели подготовки по физике в техническом вузе с позиций эволюции государственных образовательных стандартов
- Общедидактические подходы к анализу, проектированию, оптимизации содержания образования и обучения
- Проектирование целей физического образования в техническом вузе
- Проектирование целей и содержания курса физики для конкретного направления инженерной подготовки
Цели подготовки по физике в техническом вузе с позиций эволюции государственных образовательных стандартов
В соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования (ФГОС) для технических направлений курс физики входит в состав математического и естественнонаучного цикла дисциплин основных образовательных программ подготовки бакалавров. Согласно нормативным документам в результате изучения этих дисциплин у выпускника должна быть сформирована определенная совокупность общекультурных и профессиональных компетенций, к которым, в частности, относятся способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы теоретического и экспериментального исследования; способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира; способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат.
При использовании понятия «курс физики», мы подразумеваем учебную дисциплину «Физика» как единицу содержания основной профессиональной образовательной программы высшего образования, ориентируясь на сложившиеся в педагогике следующие трактовки и соотношения понятий [244]:
«Учебный предмет – педагогически адаптированная (с соответствующими формами и средствами обучения) система знаний и умений (компетенций), выражающая основное содержание той или иной науки и соответствующей ей практической деятельности по усвоению и использованию этих знаний и умений (компетенций). Учебный курс – полное изложение какой-либо науки в учебных целях. Курс может включать ряд предметов, например, курс физики включает механику, молекулярную физику, оптику и т.д.
Учебная дисциплина – структурная единица содержания образовательной программы. Дисциплиной могут быть как учебные предметы и курсы или их совокупности (естественнонаучные дисциплины включают такие курсы как физика, химия и т.д.), так и разделы содержания обучения, не имеющие аналога в какой-либо области науки, а направленные на овладение определенной деятельностью, компетенциями. Например, такие дисциплины как физическая культура, иностранный язык, трудовое обучение». По мнению В.И. Гинецинско-го, учебную дисциплину следует рассматривать как «педагогически адаптированную, телеономно ориентированную и предметно специфицированную систему знания» [106, с. 108].
В современной уровневой системе высшего образования взаимосогласованные дисциплинарные цели и содержание обучения должны быть приоритетно ориентированы на достижение конечной интегративной цели – профессиональной компетентности выпускника. Общенаучная базовая подготовка призвана способствовать формированию у студента тех наиболее значимых качеств (компетенций), которые позволят выпускнику эффективно осуществлять типовую профессиональную деятельность, разрешать проблемные ситуации, постоянно самосовершенствоваться.
В нашем исследовании будем придерживаться бинарной структуры модели профессиональной компетентности выпускника технического вуза, выделяя из классов входящих в нее компетенций частично пересекающиеся блоки – универсальных и профессионально ориентированных компетенций. К универсальным компетенциям (мировоззренческим, общенаучным, социально-личностным) отнесем те, формирование которых необходимо для выпускников любой образовательной программы в области техники и технологий, а в блок профессионально ориентированных – компетенции, определяющие успешность профессиональной деятельности по конкретному направлению инженерной подготовки.
В.И. Байденко, анализируя и обобщая многочисленные интерпретации профессиональных компетенций, отмечает, что «профессиональные компетенции – это готовность и способность целесообразно действовать в соответствии с требованиями дела, методически организованно и самостоятельно решать задачи и проблемы, а также самооценивать результаты своей деятельности» [68, с. 6].
Под общими, универсальными компетенциями исследователи обычно понимают компетенции, которые формируются при изучении базовых учебных предметов в средней общеобразовательной школе (физика, химия, информатика, обществознание, иностранный язык и др.) и освоении гуманитарных, социальных, экономических и естественнонаучных дисциплин в системе профессионального образования. Универсальные компетенции являются, с одной стороны, инвариантными по отношению к направлению подготовки будущего выпускника, а, с другой стороны, формируют готовность к деятельности в условиях динамичных изменений в сфере технологий и общественной жизни, успешному выполнению профессиональных функций [307].
По мнению А.И. Субетто, класс универсальных компетенций должен включать следующие виды компетенций [308]: – общенаучные (готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в профессиональной деятельности; готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в процессе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат);
Общедидактические подходы к анализу, проектированию, оптимизации содержания образования и обучения
В результате уровень подготовленности подавляющего числа выпускников средних общеобразовательных школ по физике и математике весьма низок и продолжает падать. По данным сравнительного анализа, проведенного в рамках международного проекта TIMSS (Third International Mathematics and Science Study), в 90-х гг. по уровню математической и естественнонаучной подготовки выпускников общеобразовательных школ Россия входила в группу стран, набравших средний балл, значительно более низкий, чем международный. К существенным недостаткам подготовки российских школьников независимые эксперты отнесли не отвечающие современным требованиям уровень естественнонаучной грамотности и методологических знаний, умения интегрировать знания в реальных ситуациях [221]. Результаты международного исследования PISA свидетельствуют, что качество российского образования неукоснительно снижается: 2000 г. – 27-е место (из 57 стран), 2003 г. – 32-е, 2006 г. – 37-е [239].
Дефицит системной фундаментальной подготовленности снижает эффективность освоения вузовского курса физики, общепрофессиональных и специальных дисциплин, затрудняет социально-профессиональную адаптацию выпускников, ставит под сомнение дальнейший прогресс в области техники и технологий.
Многолетняя практика проведения вступительных испытаний по физике в технические вузы (до введения единого государственного экзамена), анализ современного состояния среднего общего образования, результатов различных оценочных процедур (PISA, TIMSS, ЕГЭ и др.) [9, 64, 75, 126, 177, 235, 253, 351, 352] позволяют отметить основные недостатки физико-математической подготовки школьников:
1. Школа не формирует у учащихся единого физического мировоззрения. Содержание отдельных разделов физики воспринимается выпускниками разрозненно, как набор не связанных друг с другом фактов.
2. Школа не развивает стиль самостоятельного мышления. У учащихся в основном отрабатываются знание формул, навыки выполнять счетные задачи, но не формируются умения размышлять, анализировать, сопоставлять.
3. Выпускники общеобразовательных школ имеют невысокую математическую культуру. Массовый характер приобретает неумение оперировать векторными величинами и основными тригонометрическими функциями, производить простейшие вычисления без микрокалькуляторов, делать численные оценки получаемых результатов, переводить значения физических величин из одних единиц измерения в другие.
4. В сегодняшних условиях на успешную сдачу ЕГЭ по физике могут рассчитывать лишь выпускники системы среднего общего образования, прошедшие соответствующее профильное обучение и (или) специализированную довузовскую подготовку.
В качестве иллюстрации приведем некоторые результаты итоговой аттестации школьников по физике в форме ЕГЭ. В мае – июне 2009 г. в ЕГЭ по физике приняли участие 20,4 % от общего числа выпускников общеобразовательных учреждений (в 2008 г. – 5,6 %) [125]. Средний тестовый балл участников экзамена составил 48,9 (в 2008 г. – 53 балла), по регионам этот показатель варьировался от 32,2 до 59,7 баллов. Минимальная граница ЕГЭ по физике была установлена на уровне 32 баллов, что соответствует правильному решению 50 % заданий на базовом уровне стандарта учебного предмета. Не преодолели минимальную границу единого государственного экзамена по физике 6,2 % тести 70 руемых от числа выпускников, принявших участие в процедуре итоговой аттестации.
Анализ результатов ЕГЭ–2009 показал, что выпускники общеобразовательных школ, набравшие минимальный балл, продемонстрировали понимание смысла наиболее значимых физических явлений, законов и величин, выполнили задания, требующие воспроизведения основных теоретических сведений, применения формул и законов физики в типовых учебных ситуациях. Вместе с тем 46,9 % участников ЕГЭ по физике не выполнили ни одного задания с развернутым ответом (задачи части С), в которых, по мнению разработчиков КИМов, наиболее полно отражены требования, предъявляемые к абитуриентам вузов естественнонаучного и инженерно-технического профиля.
Таким образом, примерно половина выпускников, выбравших экзамен по физике и претендовавших на поступление в вузы по соответствующим направлениям подготовки, показали отсутствие у них весьма важного для дальнейшего профессионального образования качества – умения самостоятельно решать задачи, предполагающих разрешение проблемных ситуаций. Продемонстрировали способность выполнять задания повышенного уровня сложности лишь 25 % от общего числа участников сдававших ЕГЭ по физике.
В 2010 г. в едином государственном экзамене по физике приняли участие 194339 выпускников российских школ, что составляет примерно 23 % от общего числа выпускников [254]. Минимальная граница ЕГЭ была установлена на уровне 34 тестовых баллов, что соответствует 8 первичным баллам (50 % от заданий базового уровня, отвечающих содержанию образовательного стандарта базового уровня) или 16 % от максимального первичного балла.
Результаты ЕГЭ–2010 в целом совпали с итогами 2009 г. Средний первичный балл составил 19,6 (в 2009 г. – 19,4 балла). Число тестируемых, набравших максимально возможный балл, составило 108 человек или 0,06 % от общего числа сдававших экзамен (в 2009 г. – 189 человек или 0,09 %). Не преодолели минимальную границу ЕГЭ по физике 6,4 % от общего числа тестируемых (в 2009 г. – 6,2 %). Отмечено снижение результатов по всем видам деятельности учащихся (владение понятийным аппаратом школьного курса физики, основами знаний о методах научного познания, умение решать задачи различного типа и уровня сложности).
Анализ результатов выполнения заданий ЕГЭ по физике за 2009 – 2010 гг. показал, что требования, предъявляемые к выпускникам школ, изучавшим физику на профильном уровне, доступны лишь для четверти участников экзамена. Тем самым в вузы физико-технического профиля поступает большое число абитуриентов, не подготовленных к успешному освоению образовательных программ высшей школы. В табл. 1.1 приведены количественные характеристики уровней подготовленности по физике выпускников системы среднего общего образования, зафиксированных в 2010 г. по результатам проведения процедуры единого государственного экзамена.
Проектирование целей физического образования в техническом вузе
Компетентностная модель выпускника исследователями понимается как: – модель специалиста, выступающая системообразующим фактором для отбора содержания образования и форм его реализации в учебном процессе (В.Д. Шадриков [342, с. 28]), построенная по принципам формирования компетенций как результатов образования (Л.И. Гурье [120]); – описание того, каким набором компетенций должен обладать выпускник вуза, к выполнению каких профессиональных функций он должен быть подготовлен и какова должна быть степень его подготовленности к выполнению конкретных функций (Д.В. Пузанков, И.Б. Федоров, В.Д. Шадриков [247]); – модель выпускника, включающая квалификацию и связывающая будущую профессиональную деятельность с объектом и предметом труда, отражающая междисциплинарные требования к результатам образования (Р.Н. Азарова, В.А. Богословский и др.[243]); – совокупность социально востребованных, наиболее значимых свойств (компетенций), которую должен приобрести и продемонстрировать в реальной или имитационной профессиональной ситуации выпускник (специалист, бакалавр, магистр) конкретной образовательной программы (В.М. Соколов [294]).
Мы разделяем точку зрения, что модель выпускника высшего профессионального образования должна носить системный характер, сочетая преимуще 109 ства квалификационной и компетентностной моделей. В этой связи В.Д. Шад-риков предлагает структуру модели выпускника вуза, в которой выделяется три блока компетенций (триерная модель) [342]: 1) социально-личностные; 2) общепрофессиональные; 3) специальные. Сформированность компетенций первых двух блоков позволяет выпускнику гибко ориентироваться на рынке труда, в системе дополнительного и послевузовского образования. Блок специальных компетенций, профессионально ориентированных знаний и умений обеспечивает привязку к конкретному объекту и предмету деятельности.
Близкую позицию занимают Ю.В. Фролов и Д.А. Махотин, считающие целесообразным включить в компетентностную модель выпускника-бакалавра педагогического вуза три интегрированные группы компетенций [328]: 1) общекультурные (мировоззренческие), формирующиеся в процессе освоения гуманитарных, социально-экономических и естественнонаучных дисциплин; 2) методологические (психолого-педагогические) как результат изучения дисциплин общепрофессионального блока; 3) предметно ориентированные, формирующиеся при освоении специальных дисциплин.
Также три группы компетенций выделяются в структуре компетентностной модели профессионала в области образования, разработанной коллективом сотрудников Псковского педагогического университета [208]: – ключевые, являющиеся общими для современных специалистов независимо от сферы их профессиональной деятельности. К ним авторы относят информационную, коммуникативную, социально-правовую компетенции, а также компетенции самосовершенствования и деятельности; – общепрофессиональные, которыми должен обладать специалист педагогического профиля (готовность и способность осуществлять мониторинг результативности освоения образовательной программы, проектировать и организовывать учебно-воспитательный процесс, взаимодействовать с участниками образовательного процесса, компетенция профессионального самообразования);
110
– специальные, характеризующие способность выпускника привлекать для решения профессиональных задач знания, умения и навыки, формируемые в конкретной предметной области (выпускник демонстрирует знания основ предмета, владеет профессиональным языком предметной области знаний, формами и методами научного познания и т.п.).
В проекте Tuning Education Structures in Europe [360] выделяется два класса компетенций (бинарная модель) – универсальные и предметные (профессионально ориентированные) компетенции. При этом в список универсальных включены группы межличностных, инструментальных и системных компетенций.
По мнению В.И. Байденко, Д.В. Пузанкова, И.Б. Федорова и других исследователей, с учетом требований к академической и профессиональной подготовленности выпускников при построении компетентностных моделей целесообразно структурировать компетенции на две группы: общие (универсальные, ключевые, надпрофессиональные) и предметно-специализированные (профессиональные) [69, 71, 247]. Эта модель (рис. 2.1) согласуется с Федеральными государственными образовательными стандартами ВПО третьего поколения и рекомендациями по их разработке [215, 223, 242 и др.], в которых принята бинарная структура с выделением общекультурных и профессиональных компетенций.
А.К. Маркова определяет профессиональную компетентность «как сочетание психических качеств, как психическое состояние, позволяющее действовать самостоятельно и ответственно (действенная компетентность), как обладание человеком способностью и умением выполнять определенные трудовые функции» [207, с. 31–35]. По мнению автора, следует различать следующие виды профессиональной компетентности: специальную (владение профессиональной деятельностью на достаточно высоком уровне, способность проектировать свое дальнейшее профессиональное развитие); социальную (владение совместной профессиональной деятельностью, приемами профессионального общения, социальная ответственность за результаты собственного труда); личностную (владение приемами самовыражения и саморазвития, средствами противостояния профессиональным деформациям личности); индивидуальную (владение приемами самореализации, готовность к профессиональному росту, неподверженность профессиональному старению).
Проектирование целей и содержания курса физики для конкретного направления инженерной подготовки
Результаты проведенного опроса коррелируют с данными аналогичных ис следований [87] в части высокой заинтересованности современного работодателя в определенной совокупности личностных качеств инженера, в значительной степени инвариантной относительно направления профессиональной подготовки. Как обязательные для успешной профессиональной деятельности в первой десятке рейтинга значимых качеств выпускника респонденты отметили такие социально-личностные компетенции, как исполнительская дисциплина (92,6 %), способность самостоятельно находить и перерабатывать новую информацию (59,3 %), готовность к непрерывному самообразованию (48,1 %), способность к сотрудничеству, выявлению и разрешению проблем (40,7 %). Очевидно, что по степени обобщенности выделенные свойства близки ключевым компетенциям, сформулированным Советом Европы. С их перечнем непротиворечиво согласуются и мнения работодателей по поводу компетенций выпускников, значимость которых в табл. 3.2 зафиксирована 3, 5 – 12, 15, 16 и 21 рангами. К другим обобщенным компетенциям относятся свойства, отмеченные в оценках работодателя рангами 14, 18, 19.
Фактически непосредственно к физико-математическому образованию имеют отношение компетенции «Понимание физических процессов, лежащих в основе работы технических устройств» (ранг 2) и «Математическая грамотность» (ранг 17). Эти свойства также являются достаточно обобщенными и для проектирования содержания, конкретных целей подготовки выпускников подлежат декомпозиции на более простые. Требуют конкретизации в аспекте физического образования и такие компетенции, как «Способность к освоению профессиональной техники и технологии» (ранг 4), «Умение работать руками» (ранг 13).
На этапе выявления требований выпускающих кафедр к физико-математической подготовленности студентов был проведен экспертный опрос наиболее компетентных преподавателей и научных сотрудников, участвующих в реализации образовательных программ по направлениям «Конструирование и технология электронных средств», «Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств», «Информационные системы и технологии». В группу экспертов из 7 человек вошли заведующие выпускающими кафедрами, председатели и члены учебно-методических комиссий по специальностям, ведущие преподаватели. Цель работы с экспертами – определить существенные, значимые свойства студентов младших курсов, необходимые для эффективного освоения ими общепрофессиональных и специальных дисциплин, а также дисциплин специализации.
На основе анализа классификации компетенций, выделенных в ФГОС [321 и др.] и общеевропейском проекте Tuning [360], нами совместно с экспертами определена согласованная совокупность наиболее актуальных компетенций студентов по указанным направлениям подготовки. С целью дальнейшего уточнения полученных данных и определения степени значимости сформулированных свойств была разработана анкета «Требования выпускающей кафедры технического вуза к уровню сформированности физико-математических и обобщенных компетенций студентов» для опроса ведущих преподавателей (прил. 3). Респондентам предлагалось: а) оценить общий уровень физико-математической подготовленности студентов на рубеже II–III курсов обучения; б) в соответствии с собственным представлением проранжировать качества студентов по степени их значимости и актуальности в профессиональной подготовке будущего выпускника; в) определить степень значимости элементов содержания курса общей физики в формировании профессиональных качеств (компетенций) выпускника по соответствующему направлению подготовки, конкретной специальности.
Результаты анкетирования 33 преподавателей показали, что более половины из них не удовлетворены качеством естественнонаучной и математической грамотности студентов (табл. 3.3), 72,7 % респондентов считают необходимым восполнять пробелы физико-математической подготовки при преподавании общепрофессиональных и специальных дисциплин (табл. 3.4). Распределение оценок значимости компетенций студентов в видении профессорско-преподавательского состава представлено в табл. 3.5.