Дистанционное обучение физике в системе подготовки будущих инженеров к профессиональной деятельности

Формы обучения - очное и заочное обучение с элементами дистанционного.

Средства дистанционного обучения физике будущих инженеров - специальные дидактические средства, основанные на информационных коммуникационных технологиях, позволяющие организовать обучение в соответствии с поставленными целями. В связи с этим в модель дистанционного обучения включены механизмы составления задач по физике, конкретизирующих будущую профессиональную деятельность обучаемого, а также ориентиры для разработки обучающего web-сайта по физике для студентов различного направления подготовки.

Для составления конкретных типовых задач, решаемых с помощью физических знаний, в работах ряда исследователей был использован механизм, представляющий собой следующую последовательность действий: 1) выделить в формулировке типовой задачи конечный продукт; 2) конкретизировать этот конечный продукт с учетом знаний, приобретаемых при изучении этой темы; 3) выделить в формулировке типовой задачи свойства конечного продукта; 4) конкретизировать эти свойства с учетом знаний, приобретаемых в этой теме; 5) установить, в каких практически значимых ситуациях для человека используется, встречается, обнаруживается, оказывает вредное воздействие и т.д. конкретизированный объект с конкретизированными свойствами; 6) сформулировать цель деятельности, побуждающую к созданию конечного продукта в п.2, со свойствами, указанными в п.4, в ситуациях, указанных в п.5; 7) сформулировать конкретную задачу Стефанова Г.П. Теоретические основы реализации принципа практической направленности подготовки при обучении физике [Текст]: монография / Г.П. Стефанова. - Астрахань: АГПИ, 2001. - 254 с..

Однако применение данной программы действий не позволило нам составить задачи, в которых свойства конечного продукта и физические величины, их описывающие, конкретизировались бы с учетом профессиональной деятельности обучаемых, устанавливались бы (выяснялись бы) значения физических величин, соответствующие нормативным, и подбирались бы ситуации значимые только в профессиональной деятельности инженера данного направления подготовки. Поэтому выявленный ранее механизм конкретизации типовых задач был дополнен и представляет собой следующую последовательность действий: 1) выделить в формулировке частной профессиональной задачи конечный продукт; 2) конкретизировать конечный продукт с учетом профессиональной деятельности инженера данного направления подготовки; 3) выделить свойства конечного продукта; 4) конкретизировать свойства конечного продукта с учетом профессиональной деятельности инженера данного направления подготовки; 5) установить, какими физическими величинами описываются свойства конечного продукта, конкретизированные с учетом профессиональной деятельности; 6) установить значения физических величин в соответствии с нормативными документами; 7) выяснить возможные отклонения значений физических величин от значений, указанных в нормативных документах; 8) выявить практически значимые ситуации в профессиональной деятельности инженера данного направления подготовки, в которых возникает потребность решать задачи определенного вида; 9) сформулировать конкретную задачу.

Таким образом, модель процесса дистанционного обучения физике представлена механизмами и ориентирами, операционный состав которых выделен нами или уточнен с точки зрения учета профессиональной направленности обучаемых и специфики дистанционного обучения физике.

Помимо этого, для создания дидактических средств дистанционного обучения физике разработаны специальные группы требований. Проведенный в данной главе анализ дидактических требований, предъявляемых к программируемым средствам дистанционного обучения, и их реализации при создании таких средств позволил констатировать тот факт, что существующие в настоящее время дидактические средства дистанционного обучения не позволяют управлять процессом усвоения знаний обучаемых из-за отсутствия возможности отследить, выполняет ли обучаемый: а) деятельность, с опорой на усваиваемые знания; б) правильно операции, действия и деятельность в целом. Кроме того, существующие требования к созданию дидактических средств дистанционного обучения не регламентируют содержательную составляющую, то есть не учитывают тот факт, что при обучении предметным знаниям учебный материал может «преломляться» в соответствии с будущей профессиональной деятельностью обучаемого.

В связи с этим были проанализированы имеющиеся в педагогике, дидактике, психологии и методике обучения физике подходы к разработке дидактических средств дистанционного обучения физике для того, чтобы выявить такие подходы, которые позволили бы устранить указанные выше недостатки. Результаты разработки данного вопроса позволили сформулировать четыре группы требований, которым должны удовлетворять дидактические средства дистанционного обучения физике будущих инженеров с учетом их будущей профессиональной деятельности.

1. Требования обеспечения управления процессом усвоения знаний при дистанционном обучении, обусловленные деятельностной теорией учения: а) дидактические средства должны обеспечить специфическое действие, адекватное формируемому знанию; б) дидактические средства должны обеспечить усвоение знаний через предметно-материальные условия их происхождения.

2. Требования обеспечения организации материальной и материализованной формы действия, обусловленные закономерностями теории поэтапного формирования умственных действий и понятий: а) дидактические средства должны обеспечить организующую деятельность обучаемых; б) дидактические средства должны обеспечить возможность им эту деятельность выполнять. Первые дидактические средства носят названия «карточки-предписания или учебные карты», вторые - «задачи-упражнения».

3. Требования обеспечения профессиональной значимости ситуаций, описанных в заданиях: а) в задачах-упражнениях должны быть описаны профессионально значимые ситуации, конкретизирующие будущую деятельность специалиста данного направления подготовки; б) задачи-упражнения должны быть составлены таким образом, чтобы средства и процедура решения соответствовали решению реальной профессиональной задаче.

Карточки-предписания и учебные карты должны содержать перечень операций, составляющих содержание формируемого действия (деятельности), и знания, являющиеся опорными при их выполнении. Так как данные дидактические средства используются для организации работы на материальном (материализованном) этапе, то в них обязательно должно быть указание, в каком виде необходимо выполнить данное действие или операцию. Для средств на бумажном носителе - это слова «подчеркните», «выделите» и т.п., для компьютерных средств - «перенесите мышкой», «кликните мышкой» и т.п. Количество задач-упражнений зависит от сложности формируемого действия (деятельности). С учетом того факта, что у студентов могут быть сформирован достаточно крупный пакет операций, входящий в действие, или действие полностью в результате стихийной или целенаправленной деятельности, то количество задач-упражнений может быть уменьшено до 5-6.

4. Требования обеспечения пооперационного контроля выполняемой обучаемыми деятельности при дистанционном обучении физике, позволяющего отследить: а) выполняет ли обучаемый операции, входящие в действие, в необходимой последовательности; б) выполняет ли обучаемый правильно операции, действия и деятельность в целом.

Дополненные нами требования к разработке специальных дидактических средств дистанционного обучения позволят при их учете создать такие средства (печатные и цифровые), применение которых даст возможность сформировать у обучаемых методы самостоятельного применения физических знаний для решения профессиональных задач и обеспечат возможность оценить правильность выполнения любого вида деятельность пооперационно, то есть позволят управлять процессом обучения дистанционно.

В данной главе выявлены структурные элементы обучающего web-сайта по физике как дидактического средства, обеспечивающего организацию учебного процесса в соответствии с концепцией и моделью дистанционного обучения будущего инженера. Данный сайт должен содержать структурные элементы: 1) позволяющие пользователям авторизироваться на данном сайте; 2) позволяющие «направить» пользователя в область курса физики, конкретизированную с учетом будущей профессиональной деятельности обучаемого; 3) содержащие темы, вопросы курса общей физики, регламентированные ГОС ВПО для данного направления подготовки будущего инженера и зафиксированные в рабочих программах по физике; 4) содержащие понятия о физических объектах, величинах, явлениях, процессах и их определения, а также научные факты, законы, теории и их формулировки; 5) содержащие задания (задачи-упражнения), позволяющие организовать деятельность по усвоению основных понятий курса физики; 6) содержащие карточки-предписания, позволяющие выполнить задачи-упражнения с опорой на усваиваемое знание; 7) содержащие профессиональные задачи, решаемые с помощью физических знаний; 8) содержащие карточки-предписания, позволяющие студентам осознать действия по решению задачи, то есть карточки-предписания к каждой задаче; 9) позволяющие сравнить действия по решению задач одного типа и выделить обобщенный метод ее решения; 10) позволяющие выложить последовательность действий обобщенного метода решения в нужной последовательности; 11) позволяющие самостоятельно прописать действия метода решения задачи; 12) включающие темы курса физики, не содержащие знания, опорные для выполнения действий методов решения профессиональных задач; 13) позволяющие организовать деятельность по решению традиционных задач по физике; 14) позволяющие организовать лабораторный практикум удаленного доступа; 15) осуществляющие пооперационный контроль деятельности обучаемого.

В пятой главе «Методика дистанционного обучения физике студентов технических вузов с учетом их будущей профессиональной деятельности» раскрываются особенности и содержание методики дистанционной подготовки будущих инженеров к решению профессиональных задач с помощью физических знаний. В главе показано, как, используя уже известные механизмы, определяются цели дистанционного обучения физике инженеров конкретного направления подготовки в виде системы частных профессиональных задач и обобщенных методов их решения. Затем раскрывается конкретизация механизма выявления физических знаний, опорных для выполнения действий методов решения профессиональных задач и требующих организации специальной работы по их усвоению при дистанционном обучении физике будущих инженеров. Так, например, результаты выполнения действий 1-3 приведенного выше механизма показаны в таблице 1 при анализе действий обобщенного метода решения профессиональной задачи будущего инженера направления подготовки «Промышленное рыболовство». Результатом выполнения четвертого действия механизма является установление значимых разделов и тем курса физики для специалистов данного направления. Данные разделы и темы таковы: «Кинематика поступательного движения», «Гидродинамика», «Электрическое поле в вакууме и веществе» «Электростатическое поле в веществе», «Звуковые волны. Эффект Доплера», «Элементы фотометрии».

В данной главе рассматривается конкретизация механизма составления задач по физике, отражающих будущую профессиональную деятельность обучаемого, рассматривается разработка специальных заданий для усвоения элементов физических знаний (задачи-упражнения). Все полученные материалы позволили разработать специальные дидактические средства дистанционного обучения физике будущих инженеров, в том числе и «наполнить» страницы обучающего web-сайта по физике для подготовки студентов к их будущей профессиональной деятельности дистанционно.

Далее в главе конкретизированы ориентиры для организации трех этапов формирования у студентов технических вузов обобщенных методов решения профессиональных задач. При этом предполагается, что обучаемый самостоятельно изучает теоретический материал по общему курсу физики, если он обучается дистанционно или заочно-индивидуально, либо на лекционных занятиях совместно с преподавателем при очной форме обучения. Для самостоятельного изучения тем курса физики студенту предлагаются методические рекомендации, в состав которых входят: 1) список рекомендуемой литературы, 2) ссылки на сайты по физике, содержащие информацию по темам; 3) ссылки на сайты, осуществляющие открытые лекционные занятия; 4) электронные учебники по физике; 5) лекции по физике, разработанные ведущими преподавателями вузов и представленные как в печатном, так и в цифровом формате.

Устанавливаются ориентировочные сроки изучения тем и разделов курса общей физики, которые выясняются в личной беседе преподавателя и студента Временная регламентированность изучения тем курса физики обусловлена результатами обучающего эксперимента, которые свидетельствуют о том, что большинство обучаемых, по их мнению, неумело распоряжаются свободным временем и сроки, отводимые на освоение теоретического материала, заставляют их систематически заниматься. В установленные сроки студенту рекомендуется воспользоваться обучающим сайтом, при этом обращение на сайт регистрируется на сервере вуза. Обучаемый вводит свои личные данные - авторизируется на сайте, после чего программа автоматические предлагает изучении физики в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для данной специальности и все дальнейшее обучение производится с конкретизацией будущей профессиональной деятельности специалиста.

Таблица 1. Конкретизация действий механизма выбора тем, разделов курса общей физики, содержащих знания, необходимые для решения частных профессиональных задач специалиста 11001.65 - «Промышленное рыболовство»

Разделы курса физики, содержащие знания, опорные для выполнения действий методов решения профессиональных задач, выделены особым образом и при обращении к ним направляют обучаемого выполнить задачи-упражнения, направленные на усвоение элементов физических знаний, то есть открывается страница «Учимся применять физические знания».Как было установлено, практически все студенты, обучающиеся дистанционно, не могут выполнить предлагаемые им задания, выделяя действия по их решению. Поэтому рекомендуется организовать обучение таким образом, чтобы первое обращение к данной странице сайта осуществлялось под контролем преподавателя. Это возможно, если воспользоваться средствами связи (телефонная связь, телекоммуникационные средства связи). Если данная технология применяется при организации очного обучения будущих инженеров, то преподаватель в личной беседе объясняет принципы работы с данными страницами сайта. При этом преподаватель поясняет, что выполняемая студентом деятельность называется «деятельностью подведением под понятие» и осуществляется с опорой на содержание конкретного понятия, закона или научного факта. Для этого ему необходимо вспомнить их определения, и здесь можно воспользоваться определениями, сформулированными в ссылках сайта. Студенту поясняется, что в определении заключены основные признаки изучаемого понятия и входе интерактивной беседы демонстрируется их выявление на ряде примеров. Обучаемому поясняется, что для выполнения заданий такого типа можно воспользоваться карточкой-предписанием, на которой сформулировано определение понятия и выделена система действий по решению предлагаемого задания. Поясним, что, если темы и разделы курса физики не включают знания, опорные для выполнения действий методов решения частных профессиональных задач, то в данных темах рекомендуется организовать традиционные для изучения курса физики занятия такие, как лабораторный практикум, решение задач по физике, семинары и т.п.

В соответствии с разработанной концепцией и моделью дистанционного обучения физике будущих инженеров методика формирования обобщенных методов решения частных профессиональных задач должна состоять из трех этапов. На первом (подготовительном) этапе обучения участие преподавателя крайне необходимо. Его роль заключается, во-первых, в создании мотивации к выполнению данного вида деятельности, во-вторых, в инструктаже по работе с сайтом.

Наиболее эффективными средствами общения в данном случае являются он-лайн конференция. Для этого в состав оборудования входят системы видеоконференцсвязи, обеспечивающие интерактивные контакты в реальном времени между удаленными студентами и преподавателями. В состав оборудования этих систем входят видеокамеры, микрофоны, дополнительные платы персональных компьютеров, позволяющих вводить изображение от видеокамеры и звука с микрофона. Такая связь реализует «естественное» общение и совместное обсуждение хода решения задач студентами и преподавателями, территориально удаленными друг от друга.

После того как виртуальные группы укомплектованы, преподаватель начинает разговор с постановки перед студентами вопроса: «Зачем будущему инженеру знания по физике?» Участники беседы высказывают свои мнения, которые, как правило, не оцениваются. Затем преподаватель формулирует несколько профессиональных задач разных типов. Таковы, например, задачи для будущего инженера направления подготовки:

«Организация и безопасность движения» - Предложите способ сохранения постоянной концентрации нефтепродуктов в сточных водах придорожной зоны, если известно, что их содержание в выхлопных газах, оседающих на автомагистрали, составляет 2,3 г/л.

«Промышленная теплоэнергетика» - Для бесперебойной работы котлов нужен жидкий мазут, имеющий малую вязкость порядка 22•10⁷м²/с. Предложите способ перекачки мазута из удаленного резервуара к форсунке.

«Промышленное рыболовство» - Известно, что рыба любой породы всегда двигается против потока воды (течения). Предложите способ управления поведением рыбы при лове, позволяющий направить ее в нужном направлении.

Данные задачи могут быть представлены обучаемым в виде заранее приготовленных презентаций, сконструированных средствами Microsoft Office PowerPoint. Студентам предлагается решить задачи с опорой на физические знания. Студенты испытывают затруднения, и возникает потребность научиться решать профессиональные задачи.

Далее преподаватель организует деятельность студентов по решению конкретных задач по физике, составленных с учетом будущей профессиональной деятельности обучаемых, рекомендуя выделять и записывать выполняемые действия в специально отведенных областях обучающего сайта по физике. Это необходимо для того, чтобы осуществить контроль за правильностью выполняемых действий. Результаты пооперационного контроля позволяют быстро корректировать деятельность обучаемых, используя средства видеоконференцсвязи. Замечания по выполненной работе могут, по желанию участника интерактивного взаимодействия, быть высказаны со стороны преподавателя конфиденциально, например, используя телекоммуникационные средства связи.

В конце первого этапа предлагаемой методики дистанционного обучения физике будущих инженеров у каждого обучаемого накапливается метод решения 10-15 задач одного типа. В случае интеграции дистанционных технологий обучения в процесс очной подготовки будущих инженеров у обучаемых могут быть накоплены методы решения конкретных задач нескольких типов, зафиксированные в тетрадях. Данные материалы, представленные в виде решений конкретных профессиональных задач в разных темах, позволяют организовать специальное занятие, на котором студенты выделяют общую логическую схему деятельности по решению задачи определенного вида (второй этап обучения). Такое занятие рекомендуется проводить под руководством преподавателя. Несомненно, рентабельно организовать данное занятие в группе. Однако, как показывают результаты обучающего эксперимента, обучаемые подходят к данному этапу не одновременно, в сроки, значительно отличающиеся друг от друга. Поэтому, занятие проводится индивидуально, также используя возможные средства связи.

Первоначально студентам рекомендуется подготовить заранее действия по решению конкретных задач в ранее изученных темах и сравнить их. В помощь студентам предлагается страница сайта, где в таблице зафиксированы действия по решению двух произвольных задач. Студенты замечают, что действия идентичны. В результате совместно с преподавателем студентами выделяется обобщенный метод решения профессиональной задачи данного типа.

После этого на экране перед студентом возникает система действий в беспорядочном движении, которые требуется восстановить в нужном порядке. Затем студенты проговаривают действия обобщенного метода решения вслух (если используется видео- или аудио- средства связи) или прописываются (коммуникационные средства связи).

Этап самостоятельного решения частных профессиональных задач, используя обобщенный метод решения (третий этап), проводится на материале одной из тем, содержащих знания, необходимые для решения частных профессиональных задач. Программное обеспечение сайта разработано таким образом, что самостоятельно «выступает» в роли преподавателя, роль которого заключается в предоставлении обучаемым конкретных задач данного типа и установлении сроков проведения этапа самостоятельного их решения, используя обобщенный метод решения.

В шестой главе «Педагогический эксперимент» дано описание организации, реализации и анализа результатов экспериментальной работы по проблеме исследования. Педагогический эксперимент осуществлялся в период с 2000 по 2009 г.г. В нем участвовало 1100 студентов, обучающихся на инженерных специальностях очно, заочно-индивидуально, дистанционно, 20 преподавателей физики вузов РФ (Астраханский государственный технический университет, Астраханский инженерно-строительный институт, Мордовский государственный университет, Рузаевский институт машиностроения, Филиал самарской государственной академии путей сообщения), г. Ашгабада (Туркменский сельскохозяйственный им. С.А. Ниязова), г. Алматы (Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева), Эксперимент проводился в три этапа: констатирующий, поисковый и обучающий. Таблица 2 дает общее представление о проделанной экспериментальной работе в целом.

Цели констатирующего эксперимента состояли в том, чтобы выяснить: 1) умеют ли студенты решать задачи, близкие к профессиональным, с помощью теоретических знаний, полученных при обучении в вузе; 2) выяснить качество сформированности простейших действий, входящих в состав профессиональной деятельности, у обучаемых на разных этапах обучения;

3) выяснить сформированность у студентов отдельных подструктур, входящих в обобщенные методы их решения; 4) выяснить, запоминают ли студенты примеры, описывающие принципы действия технических устройств, приводимые в учебниках, на лекциях преподавателем, описанным в условии задачи. В соответствии с целями нами выделены части (серии) констатирующего эксперимента.

Таблица 2. Этапы педагогического эксперимента

Первая часть констатирующего эксперимента проводилась с 250 студентами - будущими инженерами направления подготовки «Промышленная теплоэнергетика» и «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых скважин», обучающимися на V курсе очно после завершения изучения дисциплины специализации «Теория тепло-, массообмена», и с 40 студентами V курса направления подготовки «Эксплуатация нефтегазодобывающего оборудования», обучающимися дистанционно. В программу изучения дисциплины помимо теоретического материала было включено решение сложных задач теплообмена, близких к профессиональным задачам, которое осуществлялось в течении нескольких лекционных занятий.

Студентам предлагалось воспроизвести решение одной из таких задач, рассмотренное в лекционном курсе, и выделить общий метод их решения. Затем видоизменялись условия протекания процессов, описываемых в задачах, и студенту предлагалось внести изменения в решение задачи, отражающие измененные условия. При анализе работ оценивалось, могут ли студенты, обучающиеся как дистанционно, так и очно: 1) воспроизвести готовое решение рассмотренной задачи; 2) решить аналогичную задачу с измененными условиями; 3) выделить и обосновать действия в решении задач. Результаты эксперимента представлены на диаграмме (рис.1) и свидетельствуют о том, что существующие подходы в обучении не обеспечивают надежного формирования методов решения профессиональных задач.

Во второй части констатирующего эксперимента участвовали студенты I и III курсов, обучающихся на 5 разных специальностях (очно и заочно с применением дистанционных технологий обучения), изучающих общую физику. При анализе работ студентов оценивалось, могут ли обучаемые: 1) распознавать явления, объекты, соответствующие понятию; 2) выражать одни физические величины через другие; 3) составлять физическую модель ситуации; 4) составлять математическую модель ситуации.

Результаты эксперимента, представленные на рис. 2, позволили сформулировать следующие выводы: 1) имеет место незначительное стихийное формирование отдельных действий; 2) существует неравномерность в формировании действий; 3) деятельность по распознаванию с опорой на содержание понятий формируется у крайне незначительного количества студентов обучающихся как очно и заочно-дистанционно; 4) наблюдается крайне низкий показатель сформированности действий у студентов, обучающихся дистанционно.

В третьей серии констатирующего эксперимента проверялась сформированность отдельных подструктур, входящих в обобщенный метод их решения задач, привычных для студентов (на применение физического закона в конкретной ситуации), с целью выяснить, могут ли переносить действия, выполняемые при решении задач по данной теме, на решение аналогичных зада по другой теме.

Результаты работ студентов позволяют сформулировать следующие выводы: 1) работы, выполненные студентами-очниками при решении задач с использованием общей схемы, составляют около 34% всех работ студентов, участвующих в эксперименте, что свидетельствует о несформированности обобщенных приемов решения задач у большинства обучаемых; 2) процент решений задач на основе общего подхода, представленных студентами, обучающимися дистанционно, крайне низок - 10%, а это означает, что обучаемые крайне нуждаются в разработке специальной методики и дидактических средств, направленных на формирование деятельности в обобщенном виде; 3) среди рассмотренных работ можно выделить такие, в которых общий подход при решении задач был применен, но действия выполнены с ошибками.

В четвертой части констатирующего эксперимента в ходе собеседования со студентами было установлено, что большинство студентов не запоминают примеры технических устройств, рассмотренных на лекционных и семинарских занятиях, а среди тех студентов, кто вспомнил 2-4 примера, не оказалось ни одного студента, кто смог бы объяснить принципы их действия.

Таким образом, можно утверждать, что у студентов технических вузов, обучающиеся как очно, так и дистанционно, знания по физике усвоены формально, то есть обучаемые не могут применить их для решения практически значимых в их будущей профессиональной деятельности задачах, а методы решения таких задач без специального обучения не формируются. Кроме этого можно сформулировать вывод о том, что существующие пути реализации принципа профессиональной направленности при обучении физике будущих инженеров являются в настоящее время малоэффективными, и переносить их в дистанционное обучение студентов технических вузов не целесообразно.

С целью создания наиболее эффективной методики был проведен второй этап педагогического эксперимента - поисковый эксперимент в период с 2002-2005 гг.

Целью первоначальной ступени поискового эксперимента являлся поиск нового пути реализации принципа профессиональной направленности, позволяющим подготовить будущего инженера к профессиональной деятельности при дистанционном обучении физике. Анализ научно-методической литературы позволил найти теоретическую идею исследования, для реализации которой необходимо было выявить профессиональные задачи инженеров различного направления подготовки. С этой целью нами была проанализирована практическая деятельность инженеров пяти направлений 140104.65 - «Промышленная теплоэнергетика», 11001.65 - «Промышленное рыболовство», 190702.65 - «Организация и безопасность движения», 130503.65 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 190701.65 - «Организация перевозок и управление на транспорте (водном)». Данные направления подготовки являются наиболее востребованными среди абитуриентов Астраханского государственного технического университета, а также среди действующих инженеров, проходящих курсы повышения квалификации на базе данного вуза. В данном исследовании принимало участие более 320 специалистов инженерного профиля Астраханского газоперерабатывающего комплекса и его подразделения «Астрахань БУРГАЗ», Астраханских ТЭЦ, сотрудники ГИБДД Астраханской и Волгоградской области, сотрудники рыбопромысловых судов Астраханского речного и морского портов, а также профессорско-преподавательский состав соответствующих выпускающих кафедр АГТУ.

В результате были выявлены частные профессиональные задачи инженеров указанных направлений, решаемые с помощью физических знаний, обобщенные методы их решения и знания, необходимы для выполнения действий методов.

В процессе экспериментального исследования установлено, что для формирования обобщенных методов решения профессиональных задач обязательным условием является наличие у обучаемых усвоенных знаний по физике, опорных для выполнения действий. Выявить перечень таких знаний на примерах конкретных профессиональных задач достаточно сложно и трудоемко, в связи с чем возникла потребность разработать механизм выявления тем, разделов курса общей физики, содержащих знания опорные для выполнения действий методов решения частных профессиональных задач.

Далее необходимо было установить наиболее эффективные подходы в обучении, реализация которых позволит «получить» студентов, усвоивших различные элементы физических знаний. В работах ряда исследователей достоверно доказано, что знания по физике будут усвоены, если включить обучаемых в деятельность по распознаванию конкретных ситуаций, соответствующих знаниям.

После чего возник вопрос, как обучить студентов обобщенным приемам решения профессиональных задач. Первым был испробован способ передачи обобщенных методов в готовом виде. Для этого на занятиях по решению задач преподавателям предлагалось рекомендовать студентам-очникам сохранить решения конкретных задач, а затем метод решения сообщался студентам в готовом виде. Для студентов, обучающихся заочно-дистанционно, обобщенный метод пересылался по электронный почте на их e-mail. После чего студентам предлагалось решить самостоятельно задачи данным методом. Эксперимент показал, что такая методика неэффективна: метод, предложенный студентам, не стал рабочим инструментов для решения профессиональных задач с применением физических знаний. Это вызвало потребность поиска другого способа обучения, при котором обобщенные методы стали бы предметом специального усвоения. В процессе личного преподавания в группах АГТУ было установлено, что для выделения обобщенного метода решения профессиональных задач обучаемые должны 3-4 раза участвовать в деятельности по решению профессиональных задач с применением физических знаний разных тем курса физики.

При проведении поискового эксперимента был собран богатейший материал в следующем виде: конкретные профессиональные задачи, решаемые с помощью физических знаний для инженеров пяти направлений подготовки; задачи-упражнения для организации деятельности по усвоению физических знаний; перечень понятий курса физики и их определений, сформулированных с указанием родовидовых свойств. Данный материал лег в основу создания дидактических средств для дистанционного обучения физике студентов инженерных специальностей.

Второй ступенью поискового эксперимента было выяснение возможности средств и технологий дистанционного обучения физике для реализации выявленного метода обучения будущих инженеров физике. Работа велась в сотрудничестве с инженерами-программистами, преподавателями, аспирантами и студентами Астраханского государственного университета и Института информационных технологий на базе Астраханского государственного технического университета,. Было установлено, что реализовать разработанную методику дистанционного обучения физике возможно, если: 1) в качестве основы для разработки специальных дидактических средств удаленного доступа использовать Интернет-технологию; 2) для разработки web-сайта воспользоваться технологией ASP.NET with AJAX. ASP.NET - технология создания веб-приложений и веб-сервисов от компании Microsoft, имеющая более высокую скорость по сравнению со скриптовыми технологиями, так как код программы является компилируемым, а не интерпретируемым, и обладающая возможностью AJAX в ASP.NET создавать веб-приложения с богатым пользовательским интерфейсом; 3) сайт должен содержать ряд приложений: «Курс лекций», «Учимся применять знания по физике»; «Учимся решать профессиональные задачи»; 4) необходимо программное и инструментальное приложение, осуществляющее связь между обучаемым и вузом, между обучаемым и преподавателем.

Таким образом, в ходе поискового эксперимента созданная методика была доработана и проверена, обучающий web-сайт как дидактическое средство дистанционного обучения прошел этап отладки. Это дало возможность организовать обучающий эксперимент. Так как результаты констатирующего эксперимента показали, что знания по физике у студентов, обучающихся дистанционно, усвоены формально и действия методов решения стихийно не формируются, то сравнение традиционной методики с разработанной не предпринималось.

Цель обучающего эксперимента заключалась в том, чтобы выяснить, позволяет ли данная методика и созданный обучающий web-сайт подготовить будущего инженера к решению профессиональных задач, применяя физические знания. Обучающий эксперимент проводился в 2005-2009 гг. на материале курса общей физики технических вузов. В обучающем эксперименте приняли участие студенты, обучающиеся очно с интеграцией дистанционного обучения и заочно-дистанционно. В эксперименте приняли участие 1020 студентов различного направления подготовки. Преподаватели вузов, проводившие обучающий эксперимент, имели различную квалификацию (ассистенты, старшие преподаватели без научного звания и степени, старшие преподаватели, доценты с научными званиями и степенями).

Для того чтобы проверить эффективность созданной методики дистанционного обучения физике будущих инженеров и подтвердить выдвинутую гипотезу исследования, студентам предлагались контрольные задания двух типов: 1) задачи-упражнения, позволяющие выяснить, усвоены ли элементы физических знаний будущими специалистами; 2) профессиональные задачи, решаемые с помощью физических знаний. Задачи составлялись с учетом будущей профессиональной деятельности обучаемых. Так, например, для инженера направления подготовки:

1. «Организация и управление на транспорте (водном)» - «Нефтепродукты, содержащиеся в сточных водах после омывки резервуаров танкеров при перевозке мазута, попадают в водную среду акватории судоремонтного завода, разрушают флору и фауну. Предложите способ поддержания концентрации нефтепродуктов в водной среде, соответствующей нормативной документации».

2. «Промышленная теплоэнергетика» - «По наземному магистральному газопроводу необходимо организовать подачу и распределение природного газа до жилых зданий и предприятий, находящихся на значительных расстояниях, где колебания температуры от -20⁰С до +40⁰С. Предложите способ поддержания постоянного давления газа, если расстоянием между двумя соседними компрессорными станциями составляет около 100-120км, а рабочее давление 5,5 МПа Скрипко Л.П. Формирование обобщенных методов решения типовых профессиональных задач инженера-технолога при изучении курса физики в техническом вузе. Дис. к. п. н.: 13.00.02. - Астрахань, 2006. - 177 с.».

3. «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» - «При бурении скважин парафиновые соединения оседают на буре, что заставляет останавливать бурение и приводит к нерентабельности скважины. Предложите способ поддержания постоянного режима бурения».Обязательным условием при выполнении задач-упражнений являлось выявление действий по их решению

Результаты, полученные в ходе обучающего эксперимента, представлены наглядно на диаграммах (рис. 3, 4), где: 1) доля работ, в которых приведено верное решение профессиональных задач с применением физических знаний;

2) доля работ с верно выявленными действиями по решению профессиональных задач;

3) доля работ с верным решением профессиональной задачи с применением знаний из других разделов физики.

4) доля работ студентов, в которых метод решения профессиональной задачи верно использовался при решении профессиональных задач с применением знаний дисциплин специализации;

5) доля работ, в которых действия были выполнены в нужной последовательности;

6) доля студентов выполнивших все действия метода решения верно;

7) доля студентов, верно объяснивших ход решения профессиональной задачи.

8) доля студентов, решивших профессиональную задачу выделенного типа через год после окончания изучения курса общей физики.

Полученные данные позволяют сделать следующие выводы:

1. Большинство студентов, обучающихся как очно, заочно с элементами дистанционного, успешно выполняют задания по распознаванию конкретных ситуаций, соответствующих элементам физических знаний, с опорой на содержание знания. Это означает, что физические знания сформированы у обучаемых в виде действий, входящих в обобщенные методы решения профессиональных задач, в частности в виде деятельности по распознаванию.

2. Большинство студентов - будущих инженеров усвоили обобщенные методы и могут самостоятельно применяться их для решения частных профессиональных задач с опорой на физические знания.

Сформулированные выводы позволяют утверждать, что созданная методика дистанционного обучения может считаться эффективной, а использование web-сайта по физике, несомненно, дает положительный обучающий эффект.

Экспериментальное подтверждение результатов дистанционного обучения физике студентов технических вузов с учетом будущей профессиональной деятельности, проявившееся в усвоении обучаемыми элементов физических знаний в профессионально значимых ситуациях, и в приобретении самостоятельности в решении профессиональных задач с помощью физических знаний, подтверждают сформулированную гипотезу данного исследования.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

Результатом проведенного исследования в соответствии с поставленной целью является разработка методики дистанционного обучения физике студентов технических вузов, применение которой позволило организовать образовательный процесс так, чтобы будущие инженеры научились применять знания по физике для решения профессиональных задач. Для достижения поставленной цели решены задачи исследования, позволяющие сформулировать следующие выводы:

1. В настоящее время при организации дистанционного обучения студентов технических вузов могут быть обозначены следующие проблемы, требующие первоочередного решения: а) сложившиеся подходы в дистанционном обучении физике будущих специалистов инженерного профиля не позволяют в значительной мере обучить будущего специалиста применять знания по физике для решения профессиональных задач; б) не дают возможности организовать специальную работу по усвоению элементов физических знаний общего курса физики обучаемыми; в) дидактические средства, применяемые в дистанционном обучении, практически не учитывают будущую профессиональную деятельность обучаемого.

Установлено, что в качестве положения, регламентирующего подготовку будущих специалистов к профессиональной деятельности, выступает принцип профессиональной направленности. Экспериментально установлено, что известные пути его реализации в настоящее время не являются эффективными и переносить их в дистанционное обучение нецелесообразно.

2. Разработана концепция дистанционного обучения физике студентов технических вузов с учетом их будущей профессиональной деятельности в качестве теоретической основы, в которой применены концепции, принципы, модели дистанционного обучения и закономерности теории деятельности обучения.

Введено определение понятия «частная профессиональная задача», методам решения которой необходимо обучать при дистанционном обучении физике будущих инженеров (профессиональная задача - цель, которая многократно ставится инженером данного (конкретного) направления подготовки в его трудовой деятельности).

Разработан и теоретически обоснован новый подход в реализации принципа профессиональной направленности при дистанционном обучении физике будущих инженеров: принцип профессиональной направленности при дистанционном обучении физике будущих инженеров предполагает, что процесс обучения должен быть организован таким образом, чтобы знания, опорные для выполнения действий методов решения частных профессиональных задач и методы их решения стали бы предметом специального усвоения.

3. Разработана и теоретически обоснована модель методики дистанционного обучения физике будущих инженеров, включающая в себя:

· механизм выявления частных профессиональных задач инженеров различного направления подготовки;

· механизм выявления обобщенных методов решения частных профессиональных задач;

· механизм выявления дидактических единиц курса общей физики, содержащих знания, опорные для выполнения действий, входящих в методы решения частных профессиональных задач;

· механизм конкретизации действий, адекватных усваиваемым знаниям студентами-будущими инженерами, обучающимися дистанционно;

· механизм выбора частной профессиональной задачи, обобщенным методам решения которой целесообразно обучить будущего инженера;

· механизм составления конкретных профессиональных задач, решаемых с помощью физических знаний;

· ориентиры для организации специальной деятельности по усвоению студентами, обучающимися дистанционно, физических знаний, опорных для выполнения действий методов решения профессиональных задач;

· ориентиры для организации подготовительного этапа методики обучения будущих инженеров обобщенным методам решения профессиональных задач;

· ориентиры для проведения методологического этапа методики обучения будущих инженеров обобщенным методам решения задач;

· ориентиры для организации третьего этапа обучения будущих инженеров обобщенным методам решения профессиональных задач.

Выявлены и сформулированы требования к программным дидактическим средствам дистанционного обучения физике студентов технических вузов с учетом будущей профессиональной деятельности обучаемых. Выявлены ориентиры по разработке обучающего web-сайта по физике как дидактического средства, применение которого позволит студентам усвоить знания по физике в профессионально значимых ситуациях и обобщенные методы решения профессиональных задач.

4. Разработана методика дистанционного обучения физике студентов технических вузов, позволяющая при ее внедрении в процесс подготовки инженерных кадров организовать специальную деятельность по усвоению физических знаний, необходимых для выполнения действий методов решения профессиональных задач инженера, и сформировать эти методы в обобщенном виде.

5. Проведенный педагогический эксперимент подтвердил гипотезу исследования и эффективность разработанной методики дистанционного обучения физике студентов технических вузов с учетом их будущей профессиональной деятельности.

В качестве перспектив дальнейшего исследования могут выступать 1) разработка методики формирования у студентов обобщенных методов решения традиционных задач по физике с помощью дистанционных технологий обучения; 2) создание методики обучения студентов технических вузов выполнению лабораторного эксперимента удаленного доступа, основанной на идеях теории деятельности; 3) разработка лабораторного эксперимента удаленного доступа отражающего будущую профессиональную деятельность обучаемого; 4) выявление методических основ применения мультимедиа технологий для усвоения базовых понятий курса общей физики студентами технических вузов.

Идеи и результаты исследования нашли отражение в следующих публикациях

Монографии

1. Мирзабекова, О.В. Принцип профессиональной направленности при дистанционном обучении физике студентов технических вузов (теоретические основы) [Текст]: Монография / О.В. Мирзабекова. - Астрахань: Изд-во «Сорокин Роман Васильевич», 2007. - 124 с. (7,5 п.л.)

2. Мирзабекова, О.В. Реализация принципа профессиональной направленности обучения физике в системе открытого образования в процессе подготовки инженерных кадров [Текст]: Монография / О.В. Мирзабекова. - Астрахань: Изд-во «Сорокин Роман Васильевич», 2009. - 152 с. (9,5 п.л.)

3. Мирзабекова, О.В. Разработка и методика применения обучающего web-сайта по физике для дистанционного обучения физике будущих инженеров [Текст]: Монография /О.В. Мирзабекова. - Астрахань: Изд-во «Сорокин Роман Васильевич», 2009. - 100 с. (6,25 п.л.)

Учебные пособия и руководства

4. Мирзабекова, О.В. Сборник задач по общему курсу физики «Квантовая физика. Физика атомного ядра» [Текст]: Учебное пособие для студентов инженерных специальностей вузов / О.В. Мирзабекова. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. - 84 с. (5,3 п.л.)

5. Мирзабекова, О.В. Техническая оптика [Текст]: Курс лекций для будущих инженеров 190702.65 - «Организация и безопасность движения» / О.В. Мирзабекова. - Астрахань: Изд-во «Сорокин Роман Васильевич», 2009. - 112 с. (7 п.л.)

6. Мирзабекова, О.В., Агафонова И.А., Головчун С.Н. Изучение свободных незатухающих колебаний различных колебательных систем [Текст]: Руководство для лабораторных работ / О.В. Мирзабекова, И.А. Агафонова, С.Н. Головчун. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. - 64 с.(4 п.л., авторский вклад 40%, 1,6 п.л.)

7. Мирзабекова, О.В., Агафонова, И.А., Головчун, С.Н. Изучение затухающих и ангармонических колебаний [Текст]: Руководство для лабораторных работ по физике для студентов инженерных специальностей / О.В. Мирзабекова, И.А. Агафонова, С.Н. Головчун. - Астрахань: Изд-во «Сорокин Роман Васильевич», 2008г. - 40 с. (2,5 п.л., авторский вклад 40%, 1 п.л.)

8. Мирзабекова, О.В., Агафонова, И.А., Головчун, С.Н. Изучение механических колебаний различных колебательных систем [Текст]: Руководство к лабораторным работам / О.В. Мирзабекова, И.А. Агафонова, С.Н. Головчун.- Астрахань: Изд-во «Сорокин Роман Васильевич», 2009. - 104 с. (6,5 п.л., авторский вклад 40%, 2,6 п.л.)

9. Мирзабекова, О.В., Агафонова, И.А., Головчун, С.Н. Методы оценки погрешностей измерения физических величин [Текст]: Руководство к лабораторному практикуму по физике для будущих инженеров / О.В. Мирзабекова, И.А. Агафонова, С.Н. Головчун. - Астрахань: АГТУ, 2009. - 64 с., (4 п.л., авторский вклад 60%, 2,4 п.л.).