Опыт взаимодействия вуза и школы: проблема обеспечения демонстрационного физического эксперимента

Е.И. Постникова, аспирант кафедры физики

Реформа российского образования коснулась не только высшей, но и общеобразовательной школы. На современном этапе идет оснащение школ компьютерной техникой и подключение школ к сети Интернет. Ученики изучают информатику уже с 1-2 классов и обучаются работе на компьютере.

Однако в большинстве школ отсутствует оборудование, с помощью которого можно демонстрировать физические явления и проводить эксперименты. В то же время при обучении физике принцип наглядности был и остается основополагающим [1-3]. И на школьном, и на вузовском этапе физического образования обеспечение наглядности имеет принципиальное значение.

Нехватка наглядного оборудования и технических средств в школах существенно сказывается на уровне знаний, которые получают учащиеся. Опыт работы со студентами-первокурсниками технического вуза показывает, что многие выпускники школ (даже из числа лучших) не знают, что такое подшипник и никогда его не видели, или не имеют представления о шатуне.

Процесс обучения обязан включать возможность наблюдать, измерять, проводить опыты и практические работы.

К тому же демонстрационные опыты помогают углубленному пониманию изучаемого материала и развивают физическое мышление. Особенно это важно для профильных классов.

Один из вариантов решения этой проблемы - использование видеодемонстраций или компьютерных анимаций. Другой вариант - это сотрудничество школ и вузов (при наличии оборудования в вузе). Это могут быть посещения вузов в день открытых дверей или экскурсии с элементами демонстрации опытов. Более эффективный вариант - создание при вузах вечерних школ, которые могут посещать ученики по своему выбору.

Еще один вариант - это долгосрочное сотрудничество школы и вуза. Вуз обладает, как правило, хорошо оборудованным лекционным кабинетом физики, имеет лаборатории, оснащенные лабораторными комплексами, в том числе и компьютерными.

В этом случае учащиеся школы в течение года выполняют по несколько лабораторных работ по определенной теме, а потом закрепляют свои знания при демонстрации физических явлений по этой же теме. Все указанные варианты реализованы в Томском политехническом университете (ТПУ). Для усиления эффекта сотрудничества необходимо соблюдать следующие условия:

· применяемая наглядность должна соответствовать возрасту учащихся;

· демонстрируемая наглядность должна быть точно согласована с содержанием изученного или изучаемого материала;

· наглядность должна использоваться в меру;

· наблюдение должно быть организовано таким образом, чтобы все учащиеся могли хорошо видеть демонстрируемый предмет;

· необходимо выделять главное при показе опытов;

· наличие обратной связи, когда учащиеся привлекаются к нахождению желаемой информации в наглядном пособии или устройстве.

Эти условия могут быть осуществлены при долгосрочном сотрудничестве. Так, первые три пункта наиболее успешно выполняются при тесном сотрудничестве учителей школы и преподавателей вуза, задействованных в этом процессе.

Следующие два пункта составляют проблему обеспечения преподавателей, демонстрирующих опыты соответствующими методическими материалами. В ТПУ для этих целей разработан электронный каталог лекционных демонстраций по физике, которым можно воспользоваться при подготовке и проведении опытов.

Вся необходимая информация, которая может понадобиться для показа демонстраций по физике, содержится в электронном каталоге лекционных демонстраций. В нем сосредоточено: название, цель демонстрации, методические особенности опыта, теоретическая часть демонстрационного эксперимента.

В методической части указывается оборудование и приборы, их схемы и изображения, описывается методика проведения демонстрации. В теоретической части дается краткое описание демонстрируемого физического явления или опыта. Каталог можно использовать и при дистанционном обучении для проведения демонстраций физических опытов.

На рис. 1 приведены фрагменты электронного каталога, созданного в ТПУ.

школа мышление преподаватель физика

Рис. 1. Примеры содержания и структуры электронного каталога

Информацию из каталога можно получить по локальной сети или на сайте факультета естественных наук и математики. Возможен вывод отдельных частей каталога на экран в лекционной аудитории при помощи презентационной техники.

Применение презентационной техники (мультимедиа-проектор, компьютер, документ-камера, кинокамера и др.), помимо информационной поддержки, позволяет разнообразить демонстрации и улучшить их качество. Выполнение последнего условия приходит с опытом, т.е. чем дольше сотрудничество, тем эффективнее работа.

Одно из важнейших педагогических достоинств состоит в возможности увлечь обучаемого, заинтересовать, создать мотивации к изучению физики. Новое поколение учащихся - это поколение, ориентированное на информационные технологии, поэтому одним из способов мотивации является интенсивное применение компьютерных технологий в обучении.

Как авторские, так и из Интернет-ресурсов компьютерные модели-анимации физических опытов демонстрируются одновременно с показом натурных экспериментов. Такое сочетание в пропорциях, соответствующих научному эксперименту, приближает учащихся к творческому пониманию научного эксперимента. Пример демонстрационных экспериментов приведен на рис. 2.

Рис. 2. Пример демонстрационных экспериментов, созданных с применением Flash-технологии

Это позволяет, во-первых, дополнительно пояснить суть демонстрируемого явления. Во-вторых, используя имеющиеся в моделях опции, можно остановить демонстрацию, вернуться к началу и повторить или обратиться к теории. В-третьих, на примере создания моделей студентами можно привлечь обучаемых к соавторству при создании вычислительного эксперимента и анимаций.

Практика применения Flash-моделей при чтении лекций для активизации познавательной деятельности студентов, для более полного понятия физического явления показала, что они хорошо запоминаются обучаемыми, а преподаватель имеет возможность объяснить данное явление в динамике, обсудить со студентами все стороны явления, “заглянуть” в его сущность, спрогнозировать развитие во времени. Кроме того, использование анимированных моделей позволяет создать проблемную ситуацию, разрешение которой осуществляется студентами на семинарских и лабораторных занятиях [4-5]. Создается эффект реальной обратной связи.

Далее следует отметить, что у учащихся даже выпускных классов нет правильного представления о значении важнейших работ отечественных ученых. Учащиеся имеют слабые знания фактического материала о времени жизни и деятельности того или иного ученого, путают фамилии ученых, приписывают им чужие изобретения, не могут назвать фамилии отечественных ученых. Все это подчеркивает важность использования исторического и краеведческого материала в процессе обучения физике.

В связи с этим еще одним из методов наглядности, который используется в ТПУ, является экскурсия. Экскурсия проводится при ознакомлении школьников с вузом.

При этом показываются лекционные аудитории, лабораторные практикумы, научные и учебные лаборатории. Экскурсия включает в себя и знакомство с лекционным физическим кабинетом, где помимо технических средств и оборудования для опытов размещается «Музей физической техники и эксперимента». Это поистине увлекательное и завораживающее место, так как здесь соседствуют не только старинные, вышедшие из употребления, приборы, но и до сих пор действующие и демонстрируемые во время лекций.

Учащиеся и студенты, посещая кабинет, соприкасаются с историей физики, кабинета и историей России. Они могут потрогать предметы, познакомиться с историей их появления, посмотреть тут же какой-либо опыт с этим прибором. Интерьер кабинета сохранен - приборы и оборудование хранятся в старинных шкафах. Среди многочисленных экспонатов особая гордость кабинета - акустический орган (рис. 3), который был восстановлен два года назад выпускником ТПУ, а ныне «смотрителем» органа в Томской филармонии.

Рис. 3. Акустический орган

Сотрудниками кабинета была разработана лабораторная работа и восстановлено несколько опытов с использованием органа. В кабинете хранятся такие интересные экспонаты, как эталон аршина (1806 г.), эталон метра (1901 г.), весы Кулона (начало XX в.), тепловая машина - двигатель Стирлинга (конец XIX в.), фрагмент водяных часов, трансформатор Тесла (1906 г.) и др. Помимо приборов на стеллажах хранится много старинных каталогов и документов, связанных с оснащением кабинета и научной деятельностью преподавателей кафедры физики.

Часть экспонатов можно рассмотреть на рис. 4 а,б.в. Все это вызывает у школьников неподдельный интерес и повышает мотивацию в обучении физики.

Рис. 4

Кабинет располагает достаточно большой коллекцией портретов выдающихся физиков. Принцип наглядности в данном случае осуществляется путем демонстрации учащимся исторических опытов, документов и портретов ученых.

Во время экскурсии со школьниками следует учитывать ряд педагогических требований. Рассказ преподавателя, проводящего экскурсию должен обеспечивать идейную направленность, включать достаточное количество ярких и убедительных примеров и фактов, быть эмоциональным по форме и содержанию. Основной целью экскурсий является расширение кругозора учащихся, привлечение их внимания к физике, оценке ее роли в жизни общества. История физики позволяет ученикам познакомиться с физикой-наукой, и как следствие, ученики имеют возможность приобщиться к процессу научного познания в целом и знакомиться с физическими явлениями лежащими за рамками школьной программы. Приобщение школьников к истории науки означает не уход от актуальных проблем современности, а, напротив, более глубокую ориентацию в них с целью понимания истоков перспектив научно-технического прогресса.

Роль наглядного материала в процессе усвоения продолжает оставаться весьма важной. Подросток стремится иметь собственное мышление, взгляды и суждения. Необходимо создавать и развивать у старшеклассников установку на размышление при работе с любым материалом, при выполнении учебно-практических заданий [6]. В этом случае возникает потребность к творчеству, улучшается продуктивность памяти, изменяются приемы запоминания, активно начинает развиваться логическая память.

Из опыта многолетнего сотрудничества со школами города замечено, что школьники, занимающиеся в вузе при взвешенном сочетании лабораторного, демонстрационного эксперимента и задачных упражнений, принимают более активное участие в научных конференциях и олимпиадах школьников, занимают призовые места, успешно проходят вступительные испытания в вузы, лучше адаптируются к студенческой жизни и более успешно сдают первую сессию.