Некоторые пути совершенствования преподавания общей физики

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 378.14

НЕКОТОРЫЕ ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Хохлов В.И.

Фролова А.Ю.

Среди фундаментальных дисциплин, изучаемых студентами инженерных и инженерно-педагогических специальностей, важную роль играет «Общая физика».

Физика - это наука о наиболее общих законах природы. Она изучает свойства и строение материи, а также законы ее движения. Вследствие этого физика является основой инженерного и инженерно-педагогического образования, независимо от специальности. Любой прибор, машина, … работают на основе законов физики, и именно от физического принципа, заложенного в основу того или иного устройства, зависит его работа.

В наше время, когда техника, базирующаяся на новых физических принципах, стремительно изменяется, только фундаментальное образование, в частности, изучение физики, может обеспечить успешное овладение и эксплуатацию оборудования на протяжении всего периода деятельности специалиста.

При этом следует обратить особое внимание на то, что физика является универсальной основой техники, и те физические явления и процессы, которые сегодня не используются в технике, в будущем могут найти широкое применение.

Таким образом, курс физики лежит в основе теоретической подготовки будущего специалиста и играет роль фундаментальной подготовки, без которой невозможно усвоение специальных и технических дисциплин, а также последующая деятельность как инженера, так и педагога. Инженер-педагог в своей деятельности, посвященной подготовке высококвалифицированных рабочих и техников, должен гибко реагировать на совершенствование технического оборудования, смену элементной базы, физических принципов, положенных в основу действия технических устройств и приборов.

Из всего вышеуказанного следует, что дальнейшее совершенствование учебных планов должно идти по пути значительного расширения фундаментального образования как инженеров, так и инженеров-педагогов. К сожалению, в последние годы время, отводимое на изучение фундаментальных дисциплин, в частности, физики, значительно сократилось. Это объясняется как объективными, так и субъективными причинами.

Во всем мире интерес к физике приходится на конец 50-х - начало 60-х годов прошлого века. В развитых странах быстро росло число научно-исследовательских физических институтов, количество студентов физических и физико-технических факультетов, а, следовательно, и число часов, отводимое на изучение физики на этих факультетах, а также на инженерных факультетах. Все это было связано с гонкой вооружений, с разработкой атомного и ядерного оружия и ракетной техники.

Однако примерно через 20 лет интерес к физике резко падает. Сократилось финансирование соответствующих разработок, что привело к сокращению штатов физических институтов и лабораторий, к уменьшению наборов на физические и физико-технические факультеты, к сокращению числа часов на изучение физики на инженерных факультетах.

Особенно резко это ощущается в Украине после провозглашения независимости. Почти на всех инженерных факультетах общее число часов на изучение физики сократилось до 270 часов - наименьшего числа часов, определенного для большинства инженерных специальностей Государственным стандартом образования Украины. В рамках этих 270 часов постоянно изменяется пропорция между временем аудиторных занятий и временем на самостоятельную работу студентов, причем в пользу второго.

Считается, что специалист с высшим образованием должен постоянно совершенствовать свои знания, чему соответствует концепция непрерывного образования, согласно которой человек должен учиться, как минимум, 20-25 лет. Имеется в виду, что студент должен получить навыки самостоятельного овладения знаниями, их пополнения и обновления. Сейчас из общего числа часов, отводимого на изучение физики в УИПА, самостоятельная работа составляет в среднем около 40 %.

Вообще говоря, исходя из концепции непрерывного образования, это правильно. Специалист с высшим образованием должен учиться и пополнять багаж своих знаний всю жизнь. А для этого необходимо уметь самостоятельно приобретать знания. Все это правильно, но только в идеале. А в действительности основная масса студентов не умеет учиться самостоятельно. Особенно трудно им овладевать знаниями по физике. Это связано с низким средним уровнем преподавания физики в средних учебных заведениях и в высших учебных заведениях 1-го и 2-го уровней аккредитации. Физика не входит в число обязательных предметов для выпускных экзаменов в этих учебных заведениях. Кроме того, она исключена из дисциплин вступительных экзаменов в высшие учебные заведения 3-го и 4-го уровней аккредитации (здесь приятное исключение - военно-инженерные вузы). Всё вышесказанное объясняет падение интереса к изучению физики в школе и соответствующее снижение уровня подготовки по физике будущих студентов.

Увеличение часов самостоятельной работы отвечает интересам некоторых руководителей вузовского образования, поскольку это позволяет сократить расходы на образование за счет сокращения профессорско-преподавательского состава. Такой подход приводит к отрицательному отношению преподавателей к расширению самостоятельной работы студентов.

Что же касается студентов, то они очень часто воспринимают часы, отводимые на самостоятельные занятия, как свободное время. Это означает, что необходима большая воспитательная работа среди студентов для осознания ими важности такого вида обучения, как самостоятельные занятия.

Именно на младших курсах при изучении фундаментальных дисциплин, к которым относится и физика, студент должен получить не только глубокие и прочные знания, но и умения и навыки применения их на практике, должна формироваться готовность к профессиональной деятельности. Трудности обучения на первых курсах объясняются, в основном, отсутствием у студентов сформированных навыков самостоятельной работы.

На современном этапе возникает необходимость поиска новых технологий и методов преподавания физики. Одной из таких технологий является так называемое модульное обучение или модульно-рейтинговая система (МРС) [1-3].

Идея модульного обучения возникла в 50 - 60-х годах ХХ века. Под модулем тогда понимали или пакет индивидуализированных учебных программ, из которого студент выбирал одну и поэтапно изучал ее в удобном для себя темпе, получая текущие и итоговые баллы; или такое распределение курса на части, в рамках которых анализировалось одно или исследовалась группа родственных понятий, законов, явлений. Позднее, в 80 - 90-х годах модульный подход использовался не только для построения учебных курсов, но и к формам и методам их изучения, к технологичной организации учебного процесса.

На всемирной конференции ЮНЕСКО в Токио (1972 г.) модульная система была рекомендована как наиболее подходящая для непрерывного образования.

По версии, которая приобрела распространение в ФРГ, большое внимание уделяется содержанию образования. Как модуль при этом рассматривается дидактически упорядоченная единица программы с точки зрения ее целей, содержания, способов и методов, которая составляет относительно замкнутый отрезок обучения.

Профессионально-техническими учебными заведениями Украины с 1997 г. внедряется модульная технология обучения в рамках Проекта ПРООН/МОТ «Внедрение гибких технологий профессионального обучения для безработных». В соответствии с задачами Проекта осуществляется подготовка национальных кадров, разработка пакетов модульной учебной документации.

При преподавании физики студентам УИПА решаются две задачи: изучение собственно физики и предварительное знакомство студентов с основами МРС.

На всех видах занятий студентам напоминают, что физика - это не только одна из фундаментальных дисциплин, но она еще имеет большое прикладное значение. Физика активизирует познавательную деятельность студентов, развивает заинтересованность специальностью, способствует осознанию того, что знания из физики используются в практической деятельности.

Модульная система является эффективным инструментом организации учебного процесса с использованием стандартов компетентности.

МРС соединяет в себе дискретность целей обучения, гибкую структуру учебного материала, дискретность и многоступенчатость контроля результатов обучения.

Основные дидактические принципы «традиционной» педагогики - активность; наглядность; систематичность и последовательность; доступность; связь теории с практикой - с помощью МРС дополняются новыми принципами: оперативности и гибкости, непрерывности и открытости, высокой эффективности и качества обучения; индивидуализации процесса обучения; ориентированности на конечный результат; активизации.

На современном этапе развития образования возникла проблема повышения роли самостоятельной работы студентов. Это связано с такими причинами:

большим потоком информации;

малым интервалом времени для овладения этой информацией.

В развитых странах разработана система образования, при которой студент под руководством преподавателя изучает предмет самостоятельно. Качество усвоения информации контролируется поэтапно. Формы контроля разнообразные. Каждый вид контроля оценивается через свой «рейтинговый» коэффициент. Окончательная оценка рассчитывается в соответствии с количеством баллов, полученных на протяжении семестра.

Такая МРС стимулирует самостоятельную ежедневную работу студента и снижает роль случайности во время экзамена. Такой подход к учебному процессу обеспечивает реализацию современных требований к молодому специалисту, а именно высокое профессиональное мастерство, которое сочетается с широтой знаний, умением быстро усваивать новые области знаний.

Приведенную схему обучения, которая достаточно эффективно проявила себя в высших учебных заведениях мира, необходимо разрабатывать и внедрять в практику у нас. Это приводит к необходимости:

по-новому компоновать учебный материал, создавая модульный образ курса;

разработать и предложить студенту разнообразные и альтернативные формы контроля;

создать систему оценивания качества знаний по более дифференцированной шкале для повышения точности оценки.

Перед преподавателем при этом стоят такие задачи:

определить направление самостоятельной работы студентов;

дать студентам необходимые методические указания;

обеспечить независимое обучение студента в рамках программы.

Мотивационные аспекты деятельности студентов состоят в высоком уровне индивидуализации, при котором каждый элемент учебной деятельности (посещение занятий, выполнение лабораторных работ, выполнение самостоятельных модульных заданий, написание реферата, участие в научных конференциях и т.п.) оценивается соответствующим количеством баллов рейтинга.

Рейтинговая система оценки знаний дисциплинирует, вырабатывает чувство ответственности, соревнования и соперничества в учебной деятельности.

Для оценки развития личности современного специалиста можно выбрать такие показатели: предметная оценка знаний студентов, сложность заданий, творческая активность в процессе учебы, ведение конспекта, посещение лекций и лабораторно-практических занятий, срок сдачи модуля, участие в научно-исследовательской работе и другие индивидуальные критерии.

На кафедре общей и экспериментальной физики УИПА разработаны методические пособия по изучению теоретического материала и по практическому решению физических задач. Каждое из модульных заданий содержит 50 вариантов, в каждый из которых включено 3-6 задач.

Общая физика изучается студентами инженерных и инженерно-педагогических специальностей, в основном, на протяжении трех семестров, поэтому весь курс разбивается на три части:

І часть - Механика. Молекулярная физика и термодинамика.

ІІ часть - Электричество и магнетизм. Колебания и волны.

ІІІ часть - Основы квантовой физики. Атомная и ядерная физика.

При преподавании физики довольно важная роль отводится лекционным демонстрациям. Они помогают сделать физические явления и процессы более наглядными, а лекции - более интересными. Кроме того, для студентов инженерно-педагогических специальностей лекционные демонстрации по физике могут служить примером для демонстраций явлений и процессов в тех отраслях знаний, которые будущие педагоги будут преподавать. Лекционные демонстрации позволяют реализовать один из важнейших принципов дидактики - принцип наглядности.

Для приобретения навыков демонстрирования ряд студентов, особенно будущих педагогов, на кафедре физики привлекаются к разработке и изготовлению лекционных демонстраций по физике. Это позволяет этим студентам, во-первых, более детально ознакомиться с тем или иным физическим явлением, которому посвящена соответствующая демонстрация. Во-вторых, приобретенные в процессе проектирования и изготовления макета знания студент может в дальнейшем использовать на специальных курсах. Такая деятельность является одной из форм индивидуальной работы со студентами, а также в некоторых случаях может рассматриваться как одна из форм научной (учебно-исследовательской) работы студентов. Она должна оцениваться соответствующими рейтинговыми баллами.

Одной из форм обучения в высшем учебном заведении является научная работа студента. Понятно, что в основном эта работа проводится на выпускающих кафедрах, где студенты выполняют курсовые и дипломные работы. Несмотря на то, что физика изучается на первых двух курсах и поэтому научная работа студентов на кафедре физики редко может иметь исследовательский характер, все-таки некоторая работа в этом направлении проводится. Именно на кафедре физики (а также на кафедрах, которые работают со студентами младших курсов) студенты приобретают первые навыки научной работы. Почти всегда научная работа начинается с изучения предыдущих работ в том или ином направлении, которому посвящена тема научного исследования. Поэтому научная работа студентов на кафедре физики УИПА состоит, в основном, в том, что они готовят рефераты по вопросам, которые либо совсем не входят в принятую в УИПА программу, либо по вопросам физики, которые требуют более детального изучения. Для рефератов подбираются темы, позволяющие расширить мировоззрение студентов, углубить их знания по физике. Студенты, подготовившие лучшие рефераты, выступают с докладами на студенческой конференции, отдельные работы публикуются.

В связи с непрерывным увеличением научно-технической информации, а также с ее быстрым устареванием возникает необходимость развития у будущих специалистов научного мышления, навыков работы с научно-технической литературой (в частности, с периодикой), навыков получения информации из Интернета и других электронных средств информации.

При этом более высокие рейтинговые баллы получают не те рефераты, которые полностью скопированы из Интернета, а комплексные обзорные работы, в которых студент демонстрирует свою способность к творческому анализу, умению делать собственные обобщения.

На лекциях по физике преподаватели кафедры стараются (естественно, в рамках отведенного на дисциплину времени) рассказывать сведения из истории физики, упоминая фамилии (а иногда и биографические сведения) ученых, которые сделали те или иные открытия в физике, а также даты открытий. Это позволяет сделать лекции более интересными, повышает интерес к физике. Физика для студентов наполняется новым содержанием, она несет на себе отпечаток тех личностей, которые создавали эту науку.

Поэтому и отдельные темы научных рефератов для студентов посвящены биографиям выдающихся ученых-физиков, а также истории открытий в физике. Это приучает с уважением относиться к истории развития науки, к личностям, которые внесли значительный вклад в развитие человеческой мысли. образование модульный рейтинговый компетентность

На кафедре общей и экспериментальной физики УИПА в рамках бюджетной научно-исследовательской темы изучается проблема совершенствования содержания и методов преподавания физики студентам инженерно-педагогических специальностей «Метрология, стандартизация и сертификация в машиностроении», «Технология и оборудование сварочного производства» и др.

Таблица 1 Сравнительный анализ учебных программ

Анализ программ по физике для этих специальностей показывает (см. табл. 1), что количество часов для разных разделов курса мало отличается от количества часов для большинства других специальностей. Общее число часов (270 часов), количество часов аудиторных занятий (152 часа) и самостоятельной работы (118 часов) также почти одно и то же для большинства специальностей.

Сравнение программ по физике показывает, что более углубленное (относительно) изучение физики наблюдается (см. табл. 1) на механико-технологическом факультете по специальности «Технология и оборудование сварки» (инженер-электрик) и на энергетическом факультете по специальности «Тепловые электрические станции» (инженер-теплоэнергетик).

Анализ учебных программ по физике за последние годы свидетельствует о тенденции уменьшения количества учебных часов, отводимых для курса общей физики.

Считаем, что сейчас наступил тот момент, когда уже нельзя игнорировать данную проблему. Из-за недостаточной базовой подготовки специалистов с высшим образованием (инженеров и инженеров-педагогов) в промышленности будут работать специалисты, не обладающие даже минимумом знаний, что в перспективе может обернуться глобальными техническими и экологическими катастрофами, сравнимыми с Чернобылем.

В связи с изложенным, считаем необходимым провести комплекс организационных мероприятий, который включает следующее:

для всех инженерных и инженерно-педагогических специальностей установить следующий минимум аудиторных часов по курсу общей физики (табл. 2).

Таблица 2 Рекомендуемый минимум аудиторных занятий (в часах)

на стационаре учебная нагрузка (лекции, практические, лабораторные занятия) должна распределяться равномерно в течение семестра (еженедельно - лекция, практическое занятие - через неделю, начиная с третьей);

для отдельных специальностей факультетов УИПА по согласованию с выпускающими кафедрами необходимо ввести дополнительные главы курса общей физики по таким разделам: физика полупроводников; квантовая радиофизика; ядерная физика; термодинамика и др. Исходя из новой концепции высшего технического образования (в том числе инженерно-педагогического), содержанием которой являются: разработка и освоение замкнутых процессов производства; создание ресурсо- и энергосберегающих технологий, машин, конструкций; освоение самых высоких общих и информационных технологий и широкое применение их в производстве; повсеместное внедрение обслуживания и контроля работы оборудования «по состоянию»; высокая экологическая культура производства и обеспечение эффективного функционирования экосистемы «человек-Земля», кафедра физики подготовила для студентов дневного отделения УИПА следующие спецкурсы (см. табл. 3):

Таблица 3 Перечень рекомендуемых спецкурсов

Спецкурсы предлагается читать совместно преподавателям кафедры физики и профилирующих кафедр. В заключение, с целью дальнейшего совершенствования преподавания физики можно предложить следующие мероприятия.

Внедрять и далее в учебный процесс модульно-рейтинговую систему. МРС сочетает в себе принципы модульности и мотивации, позволяет расширить рамки индивидуальной работы студентов, ввести элемент соревнования в учебный процесс и создать на его основе эффективные стимулы к творческому и систематическому изучению материала. МРС дает преподавателю систематическую информацию о качестве и уровне усвоения учебного материала каждым студентом.

Ввести в программы по физике и в расписание аудиторных занятий самостоятельную работу студентов под руководством преподавателя.

Самостоятельное изучение физики студентами вызывает у них затруднения, поскольку в преподавании этой дисциплины особенно большую роль играет один из важных принципов дидактики - наглядность, которая достигается за счет лекционных демонстраций и лабораторных работ по физике. Сокращение часов аудиторных занятий негативно влияет на внедрение наглядности при преподавании физики.

Чтобы компенсировать уменьшение времени на аудиторные занятия, можно предложить привлечение студентов (за счет времени на самостоятельную работу) к разработке и созданию новых и модернизации существующих лекционных демонстраций по физике. То же самое можно предложить и относительно лабораторных работ.

В рамках времени на изучение физики, которое уже сократилось до минимума, маневр перераспределения времени по разделам и темам курса затруднен. Поэтому тем более возникает необходимость очень тщательного подбора учебного материала не только по разделам и темам, но и между аудиторными и самостоятельными занятиями с учетом будущей специальности студентов.

Необходимо переработать учебные рабочие программы по физике для каждой специальности с обоснованием распределения времени по каждому разделу и теме, как по видам, так и по аудиторным и самостоятельным занятиям. При этом отдельное внимание следует уделить программам для студентов инженерно-педагогических специальностей. Работу в этом направлении необходимо проводить совместно с преподавателями выпускающих кафедр.

Литература