Преподавание физики в высшей школе

Обновлено: 06.07.2024

Аннотация: Предметом исследования является процесс обучения студентов самостоятельно решать задачи по курсу общей физики. Развитие способности у будущих инженеров разделять решение физической задачи на этапы. Обобщение, разработка и применение основных методов решения задач по курсу общей физики в высшей школе на основе предварительно составленной классификации задач по определенным признакам. Создание учебно-методического обеспечения по курсу общей физики в качестве средства подготовки студентов к самостоятельному решению задач В ходе исследования применялись следующие методы: анализ психолого-педагогической и научно-методической литературы; анализ учебных программ, учебников, сборников задач, пособий по дисциплинам естественнонаучного цикла, моделирование деятельности студентов на практических занятиях; эмпирические: наблюдение, беседы, анкетирования В результате исследования обобщены существующие методы решения задач в систему, используя которую студент сможет осуществить все этапы решения задачи самостоятельно, сможет глубже понять изучаемый материал и получить навыки самостоятельной постановки задач. Приведены примеры поэтапного решения различных классов физических задач по теме "Расчет электрической цепи"

Ключевые слова: высшая школа, курс общей физики, физическая задача, анализ физической задачи, этапы решения задач, классификация задач, методы решения задач, общие методы, электричество, электрическая цепь

Abstract: The subject of this research is the process of teaching students to solve problems in the discipline of general physics on their own, as well as develop skills of future engineers to break up the solution of the problem into stages. The article is aimed ad generalization, elaboration and implementation of the basic problem-solving techniques higher school based on the preliminary compiled classification of problems in accordance with certain characteristics. The author develops educational and methodological support for the discipline of general physics as the means of training students to solve problems on their own. The following methods were applied in the course of this work: analysis of psychological, pedagogical and scientific-methodical literature; analysis of curricula, textbooks, problem books, guidebooks on natural science disciplines, modeling of class activity of the students; empirical methods of observation, conversation, survey. As a result, the author incorporates the existing problem-solving techniques into the system, based on which students are capable to go through all stages of solving the problem on their own, better understand the study material, and acquire essential skills for articulation of the problem. The examples are provided on step-by-step solution of different types of problems on the topic “Calculation of an electrical network”.

common methods, problem solving methods, task classification, problem solving steps, physical task analysis, physical task, general physics course, higher school, electricity, electrical circuit

На данный момент перед высшей школой стоит задача модернизации образования и науки. Изменение высшего образования должно быть направлено на формирование у студента определенного объема знаний и умений, необходимых для дальнейшей самореализации. Поскольку со второй половины 20 века объем информации, необходимый для усвоения, непрерывно возрастает, становится актуальным вопрос усовершенствования существующих и создания новых технологий обучения, интенсификации процесса обучения.

Используя результаты контент-анализа [1, 2] научно-методической литературы (программы, пособия, соответственные нормативные и директивные материалы и т.д.) можно с большой вероятностью говорить о большой истории становления и современном уровне развития методики решения и составления физических задач для средней школы.

Анализ наиболее часто используемых учебно-методических пособий [4, 10, 11, 13] показал, соответствие классических сборников задач критериям содержания дисциплины, однако следует отметить их нехватку на современном этапе и необходимость коррекции методик преподавания с точки зрения обобщения и структуризации задачного поля.

В результате анализа было установлено, что во многих сборниках задач структуризация материала отсутствует или не достаточно подробна. Краткие теоретические сведения отсутствуют в 50% сборниках задач. Методическая часть оформлена в виде указаний общего характера, что делает ее затруднительной для самостоятельной работы студентов. Справочные материалы представлены в недостаточном объеме, особенно по курсу математики. Отсутствует выделение основных типов задач для каждой темы, образцы решения нескольких задач, представленные в пособиях не являются указаниями к решению какой-либо выделенной группы задач. На основе анализа наиболее распространенных сборников задач, используемых в высшей школе, нами составлена сравнительная таблица 1.

Сравнение сборников задач по курсу общей физики

Трофимова Т.И., З.Г. Павлова

Четыре группы задач

Набор основных формул

Более пяти групп задач

Набор основных формул

Десять групп задач

Подробная, но общего характера

Исследователь А.Г. Кравец предложил программу автоматизированной оценки уровня компетенций обучающихся и построения индивидуальной траектории обучения на примере курса общей физики, которая предполагает тестирование по теоретическому материалу, а также программу автоматизированного формирования компетенций решения задач, которая может работать в режиме обучения и тестирования [6] . В результате использования этих программ решение задачи осуществляется с помощью разветвленного алгоритма, однако, сам алгоритм скрыт от студента.

Во время исследования выявлено недостаточное количество научно-методической литературы по методике решения и составления учебных физических задач для высшей школы [5, 14] .

Рисунок 1. Способы обучения решению учебных задач

Следовательно становится актуальным вопрос обучения студентов обобщенным методам решения задач, обще методическим принципам и соответственным обобщенным понятиям. Для решения задачи студент должен владеть определенными приемами и методами, характерными для данного класса задач, не только знать законы физики, но и проявлять способность к аналитическому мышлению.

Согласно Беликову Б.С., физическая задача – это словесная модель физического явления с некоторыми известными и не известными физическими величинами, характеризующими это явление [3, с.13] . Решить физическую задачу – это значит найти (восстановить) неизвестные связи, физические величины и т.д [3, с.6] . В методическом пособии А.В.Усовой физическая задача - это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладение знаниями по физике и на развитие мышления [12, с.8] .

Для решения физической задачи важно не только знать суть физического явления, которое она описывает, но и уметь анализировать условие данной задачи и полученный ответ.

В процессе решения задачи следует различать три этапа: физический, математический и анализ решения (см. схему 1).

Схема 1. Этапы решения задач

Решение задачи начинается с ознакомления с условием и анализом физических процессов, далее следует составление замкнутой системы уравнений, что вызывает трудности у большинства студентов. На следующем этапе происходит осуществление решения данной системы и получение численного ответа, после чего ответ анализируется. Во время анализа следует рассмотреть возможные изменения численных данных в условии задачи и допустимые границы изменений с точки зрения понимания физического смысла данных и искомых величин. Для решения задачи недостаточно знать последовательность этапов. Осуществление этапов решения задачи зависит от выбора определенного метода решения.

Поэтому следует обобщить существующие методы решения задач в систему, используя которую, студент сможет самостоятельно осуществить все этапы решения задачи. Необходимо, чтобы при составлении обобщенной методики анализ (максимально наглядный, состоящий в основном из схем и таблиц) охватывал сразу целую совокупность задач. Это поможет студенту глубже вникнуть в суть описываемого физического процесса. Данная система обобщенных методов построена с учетом анализа каждого этапа решения задачи (см. схему 2).

Схема 2. Общие методы решения задач

Например, метод постановки задачи, применяется для решения творческих задач, требующих самостоятельной постановки. После анализа физического явления формируется определенная модель физической ситуации (например, что при определенных условиях равномерно зараженную плоскость можно считать бесконечной), далее составляется замкнутая система уравнений, которая проверяется на предмет соответствия идеализированной модели, после чего производятся расчеты.

В процессе изучения разделов общей физики студенты сталкиваются с различными типами задач, каждый из которых целесообразно решать определенными методами.

При классификации задач выделяются следующие признаки: методы решения, содержание и уровень сложности. Данные компоненты и их взаимосвязь проиллюстрированы на схеме 3.

Схема 3. Классификация задач

· один источник тока в цепи (класс элементарных и основных задач);

· несколько одинаковых источников тока в цепи (класс основных и стандартных задач);

· несколько разных источников тока в цепи (класс основных и стандартных задач).

На первом (физическом) этапе решения задачи используется метода анализа физической ситуации задачи. При ознакомлении с условием следует изобразить электрическую схему, указав на ней все данные и искомые величины (вводная часть метода). Анализируя физические процессы, в задачах первого типа определяется направления тока в цепи, в задачах второго типа необходимо определить тип соединения элементов (последовательно или параллельно), в задачах третьего типа – количество узлов, ветвей и контуров (определить количество необходимых законов Кирхгофа). На данном этапе используется основная часть метода анализа физичесой ситуации – качественный анализ. Для составления замкнутой системы уравнений используется количественный анализ: для задач первого типа записывается закон Ома для полной цепи; для задач второго типа – законы последовательного или параллельного соединения (при изображении эквивалентной схемы используется метод упрощения); для задач третьего типа – законы Кирхгофа [11] . На втором (математическом) этапе решения задачи в задачах третьего типа также используется метод упрощения: данные задачи не рекомендуется решать в общем виде. На третьем этапе (анализ решения) используется метод оценки: для задач первого и второго типа – оценка порядка, для задач третьего типа – сравнение однородных величин (сил токов в ветвях) по порядку. Для наглядности сведем все вышесказанное в таблицу 2.

Один источник тока в цепи

Несколько одинаковых источников тока в цепи

Несколько разных источников тока в цепи

Физический

(метод анализа физической ситуации задачи, вводная часть )

(метод анализа физической ситуации задачи, основная часть,

Определить направление тока в цепи

Определить тип соединения источников (последовательно, параллельно)

Определить количество узлов, ветвей, контуров в цепи

(метод анализа физической ситуации задачи, основная часть,

Записать закон Ома для полной цепи

Записать законы последовательного или параллельного соединения источников, изобразить эквивалентную цепь (метод упрощения )

Записать законы Киргхоффа

Математический

Подстановка всех известных величин в систему равнений (метод упрощения )

Анализ решения

Анализ истинного напавления токов в ветвях цепи (Метод оценки)

(Метод оценки, оценка физических величин,

Анализ полученного числового ответа (Метод оценки, оценка физических величин, сравнение по порядку)

Преимущество данного подхода к обучению решению задач заключается в том, что он охватывает одновременно целую группу задач. Таким образом, студент сможет самостоятельно с помощью данной схемы решить задачу по расчету электрической цепи, используя предложенные методы.

Сравнение уровней сформированности навыков решения задач

Уровни сформированности навыков решения задач

Экспериментальная, % /контрольная группы, %

Э.г. / К.г.

Констатирующий эксперимент / Контрольный эксперимент

Результаты констатирующего эксперимента/результаты контрольного эксперимента

Анализ задачной ситуации

Анализ физических процессов

Составление замкнутой системы уравнений

Проверка полученного ответа

Умение решать задачи в целом

Таким образом, в результате проведенной экспериментальной работы количество студентов с высоким уровнем сформированности умения решать задачи по курсу общей физики возросло на 4% в экспериментальной группе (в контрольной осталось неизменным); со средним уровнем – в экспериментальной группе возросло на 16% (в контрольной на 5%); с достаточным уровнем – в экспериментальной уменьшилось на 11% (в контрольной уменьшилось на 2%); с низким уровнем – в экспериментальной группе уменьшилось на 9% ,в контрольной уменьшилось на 4%.

Одновременно можно заметить, что сформированность умения анализировать задачную ситуацию выше, чем сформированность анализировать физические процессы, сформированность составлять замкнутую систему уравнений выше, чем способность довести решение задачи до конца и осуществить проверку. Данная тенденция объясняется тем, что для успешного осуществления определенных действий недостаточно только теоретических знаний, а проверка собственных действий и осуществление самоанализа требует высокого уровня подготовки студента.

Следует отметить, что не существует универсального метода для решения задач. Использование системы методов или обобщенных методов, составление подобных схем для разных классов задач, рассматриваемых в высшей школе, поможет глубже понять изучаемый материал и получить навыки самостоятельной постановки задач.

Архипова, А. И. Теоретические основы учебно-методического комплекса по физике: дис. … д-ра. пед. наук: 13.00.02 / Архипова Алевтина Ивановна. – Краснодар, 1998. – 454 с.

Бабанский, Ю.К. Оптимизация процесса обучения (общедидактический аспект) / Ю.К. Бабанский – М.: Педагогика, 1977.-256 с

Киселева, О. М. Использование математических методов для формализации элементов образовательного процесса / О.М. Киселева // Концепт. – 2013. – №2 (18). – С.51-57.

Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для инженерно-техн. вузов/Т. И. Трофимова. – 7-е изд., стер. –М.: Высш. шк., 2002. –554 с.

Усова А. В. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики/А. В. Усова, А. А. Бобров –М.: Просвещение, 1988. –112с.

Чертов А. В. Задачник по физике: учеб. пособие для студ. втузов/А. В. Чертов, А. А. Воробьев –М.: Высш. шк., 1988. –527 с.

Шкерина, Л. В. Моделирование математической компетенции бакалавра – будущего учителя математики / Л. В. Шкерина,, А. Н. Панасенко // Инновации в непрерывном образовании. – 2012. – № 4. – С. 59–63.

В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.

Предмет исследования – использование обобщённого способа обучения решению задач по курсу общей физики в высшей школе.

Методология исследования основана на сочетании теоретического и эмпирического подходов с применением методов анализа, педагогического эксперимента, обобщения, сравнения, синтеза.

Актуальность исследования определяется важностью естественнонаучного (в том числе физического) образования и, соответственно, необходимостью изучения и проектирования условий повышения его качества, в том числе обобщённого способа обучения решению задач по курсу общей физики в высшей школе.

Научная новизна связана с полученными автором эмпирическими данными и сформулированными выводами о том, что универсального метода решения задач нее существует. Использование системы методов или обобщенных методов, составление подобных схем для разных классов задач, рассматриваемых в высшей школе, помогает глубже понять изучаемый материал и получить навыки самостоятельной постановки задач. В целом данные вывод представляется известным.

Статья написана русским литературным языком. Стиль изложения научный. Текст имеет в целом реферативно-описательный характер.

Текст включает четыре таблицы, пять рисунков. Схемы следует обозначить как рисунки.

Содержание в целом соответствует названию. Представлены результаты контент-анализа научно-методической литературы и педагогического эксперимента, раскрыты проблема обучения студентов решению задачи по курсу общей физики, особенности физических задач и способов их решения. Выбор литературы для контент анализа следует пояснить. Зарубежные источники вовсе не рассмотрены. Содержание и процедуры педагогического эксперимента не ясны. Критерии уровней сформированности навыков решения задач у студентов не охарактеризованы. Описательная статистика мало информативна. Для подтверждения изменений в 2–5 % необходимо привести статистические критерии, без которых обсуждение полученных результатов лишено смысла.

Библиография включает 28 источников отечественных и зарубежных авторов – монографии, научные статьи, диссертации, нормативные документы, Интернет-ресурсы. Библиографические описания некоторых источников нуждаются в корректировке в соответствии с ГОСТ и требованиями редакции, например:
9. Рубинштейн, С.Л. Основы общей психологии / C. Л. Рубинштейн. – СПб. : Питерком, 1998. – 688 с.
10. Савельев, И. В. Сборник вопросов и задач по общей физике / И. В. Савельев. – М.: Наука, 1982. – . с.
13. Чертов, А. В. Задачник по физике: учеб. пособие для студ. втузов / А. В. Чертов, А. А. Воробьев. – М. : Высш. шк., 1988. –527 с.

Замечен ряд опечаток: На первом (физическом) этапе решения задачи используется метода анализа физической ситуации задачи – На первом (физическом) этапе решения задачи используется метод анализа физической ситуации задачи; На данном этапе используется основная часть метода анализа физичесой ситуации – На данном этапе используется основная часть метода анализа физической ситуации.

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи

Статья посвящена актуальной проблеме совершенствования методики преподавания физики в высшей школе. Преподавание физики как общеобразовательной дисциплины в условиях кредитной технологии обучения сопряжено с рядом проблем. Компетенции являются основой любой профессиональной деятельности, поэтому сегодня в обучении физике внимание уделяется формированию личностных и профессиональных компетенций специалистов. Для решения этой сложной задачи применен системный анализ. Научной основой выступил компетентностный подход. Применялись эмпирические и теоретические методы исследования. Разработана классификация компетенций технических специалистов, формируемых при обучении физике. Названы особенности преподавания физики в университетах Германии. Получен вывод о низкой эффективности методики преподавания физики для формирования компетенций специалистов.

Присоединение Республики Казахстан к Болонскому процессу актуализирует проблему качества высшего образования. Собственный многолетний опыт работы в вузе показывает, что в обучении физике студентов технических специальностей немало проблем учебно-методического, организационно-содержательного и иного плана. Обострение этих проблем во многом связано с изменениями в организации учебного процесса, внедрением кредитной технологией обучения. Новая технология ломает устоявшиеся представления о преподавателе как единственном верном источнике информации, стирает границы между различными формами аудиторных занятий, увеличивает вес самостоятельной работы студента. Особое значение придается формированию профессиональных и личностных компетенций, на это нацелены все учебные программы, планы и материалы [1]. В изменившихся условиях не все педагоги высшей школы готовы эффективно обучать. До настоящего времени методика обучения физике студентов технических специальностей в условиях кредитной технологии обучения не разработана, в научной литературе не выявлено сведений об экспериментальной апробации методической системы обучения физике, построенной на основе компетентностного подхода, либо ее отдельных компонентов. Предваряет решение этой непростой задачи системный анализ и получение вывода о современном состоянии методики преподавания физики в вузе для технических специальностей в свете компетентностного подхода.

Цель исследования. Проанализировать методику преподавания физики в университете и подготовить вывод об ее эффективности для формирования компетентных технических специалистов.

Материалы и методы исследования

На основе анализа литературы, опыта работы, в качестве методологической основы исследования выбраны компетентностный, личностно-развивающий и системно-синергетический подходы. Достижение цели исследования обеспечило использование двух групп методов исследования: эмпирических (изучение официальных и нормативных документов, регламентирующих организацию учебного процесса по кредитной технологии обучения, наблюдение, беседа, метод экспертной оценки, анкетирование, изучение мнения работодателей и т.д.) и теоретических (анализ, синтез, обобщение, классификация, формулирование выводов и др.).

Содержание исследования. Компетентностный подход формулирует результаты образования как готовность выпускника осуществлять профессиональную деятельность. От технического специалиста требуется проектирование и решение сложных инженерных задач, разработка систем, компонентов или процессов, которые удовлетворяют заданным требованиям и учитывают культурные, социальные и экологические аспекты.

Под компетенцией нами понимается область вопросов, в которых человек достаточно хорошо осведомлен. Не вызывает сомнения, что именно компетенции являются основой любой профессиональной деятельности. Системообразущим основанием компетентности является личность, поэтому педагогическая деятельность должна быть нацелена на формирование компетентной, интеллектуально-развитой и воспитанной личности [2].

В ходе исследования нами была разработана классификация компетенций технических специалистов, формируемых при обучении физике. Основание для этой классификации явились основные результаты обучения - общие, предметные, специальные. Ожидалось, что методика преподавания физики эффективна в отношении формирования ключевых профессиональных компетенций (в виде мотивационных, операциональных, когнитивных и иных личностных изменений), метапредметных (универсальных способов деятельности) и предметных компетенций.

Нетрудно предсказать, от чего зависит, будут ли эти результаты получены. Следует учитывать ряд факторов: организацию учебного процесса, компетентность преподавателя, а также желания и способности студентов самостоятельно добывать и пополнять знания, обоснованно ставить профессиональные задачи, вырабатывать критерии оценки и отбора наиболее эффективных путей их решения, стремиться к саморазвитию.

На основании результатов анализа была предложена модель компетенций технического специалиста в виде взаимосвязанных и взаимодополняющих групп компетенций. Техническая сторона социальных компетенций включает коммуникативность, а личностная – мотивы самосовершенствования. Для инструментальных компетенций техническая сторона включает умение проводить расчеты и делать выводы, пользоваться приборами и оборудованием, находить и перерабатывать информацию, использовать информационные средства и технологии, а также владеть тремя языками. Личностная сторона предполагает формирование и владение методами анализа и синтеза, осуществление патентного поиска, проведение эксперимента, интерпретацию результатов, формулирование выводов. Техническая сторона общепрофессиональных компетенций включает умение моделировать, планировать, организовывать, управлять, составлять, оценивать, устанавливать. Личностная сторона требует умений анализировать, синтезировать, обосновывать и принимать решения, прогнозировать, выбирать методы исследования, планировать. Специальные компетенции в техническом плане предусматривают умения корректировать технологические процессы, управлять ими, обеспечивать безопасность и охрану окружающей среды, поддерживать производство. В личностном плане предполагаются умения разрабатывать и улучшать технические объекты и процессы, выявлять объекты для улучшения в технике и технологиях, трансформировать знания в технологии, оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности, применять методы технико-экономического анализа.

Содержание дисциплины предполагает освоение следующих тем и разделов: механика, колебания и волны, молекулярная физика и термодинамика, электричество. Если учесть, что эти темы должны быть теоретически освоены в течение 15 недель, т.е. 15 лекций, получаем следующий расчет: введение – 1; механика – 6; колебания и волны – 1; молекулярная физика и термодинамика – 4; электричество – 3 лекций. Это в идеале. На практике одна-две лекции могут и не состояться по разным причинам (праздничные дни, отсутствие студентов на занятии и т.д.). Что касается обобщающей лекции, то она из-за ограничения аудиторного времени планом не предусмотрена. Соответственно, систему знаний обобщить не представляется возможным.

Итак, в лучшем случае курс лекций по физике составляет 13 часов. А программа насыщена теоретическим и фактическим материалом. Например, механика включает кинематику материальной точки, кинематику вращательного движения, динамику материальной точки, динамику твердого тела, элементы специальной теории относительности, законы сохранения, элементы механики сплошных сред. В условиях, когда на проведение лекции отводится 50 минут, освоить тему, например, механику сплошных сред, при традиционной форме проведения занятия практически невозможно.

Чтобы проверить это предположение, было проведено анкетирование студентов второго курса. В анкетировании участвовало 67 студентов технических специальностей. Для составления опросников использовались методы экспертной оценки, результаты бесед с работодателями, материалы периодической печати, собственные идеи. Цель анкетирования состояла в том, чтобы выявить успешность формирования основных групп компетенций на занятиях по физике, описанных выше. Также для анализа формирования компетенций студентов на занятиях по физике, а именно, практических и предметных компетенций, учитывались результаты выполнения контрольных работ, тестов, лабораторных работ, итоги аттестации. В результате анализа полученных данных, бесед с преподавателями, с учетом мнения экспертов, наблюдений и посещений занятий по физике, наше предположение о недостаточном уровне формирования компетенций подтвердилось.

Занятие по физике (любой формы) длится 90 минут. Профессору проводить лекционное занятие помогает ассистент, который управляет компьютерными презентациями, проводит опыты, готовит демонстрационный эксперимент и даже стирает с доски все, написанное профессором во время лекции. Профессор лишь читает лекцию, задает вопросы студентам, отвечает на их вопросы, пишет на доске формулы и т.д. Годовая учебная нагрузка профессора составляет в среднем 240 часов. Для профессора в университете выделяется отдельный личный кабинет, оборудованный компьютерами (не менее двух), мебелью для работы и отдыха, удобной картотекой, где хранятся дидактические материалы к занятиям.

Техническое оснащение аудиторий отвечает современным требованиям. Мое внимание привлек, например, небольшой проектор, с помощью которого можно получать увеличенное (с необходимой степенью увеличения) изображение любых предметов, а не только прозрачных. В лекционных аудиториях, предназначенных для изучения физики, есть газ, вода, переменное и постоянное напряжение. Специальное компьютерное управление аудиторией (затемнение аудитории, степень освещения рабочих мест студентов, подъем и опускание меловых досок, использование компьютерных демонстраций, интерактивных программ и т.д.) находится в компактном сейфе, и может быть задействовано в любой момент, как посчитает нужным педагог. В аудитории два выхода, один из них – аварийный. Также есть выход в лабораторию, в которой также имеются компьютеры, газ, водопровод и т.д. Ассистент, находящийся в лаборатории, готовит необходимое оборудование для занятий, которые проводит профессор. В лаборатории имеются тележки для перевозки оборудования и шкафы для его хранения.

Все это заметно облегчает труд преподавателя, освобождает его от рутины, раскрывает новые возможности для использования самых прогрессивных технологий в обучении физике. Если говорить об условиях для формирования компетенций будущих специалистов и о резервах самосовершенствования преподавания, безусловно, преимущества налицо. Но не это самое главное. На мой взгляд, преимуществом кредитной технологии в Германии является свобода профессора определять и разрабатывать собственную программу изучения своего предмета. Нет программ, утвержденных Министерством, нет типовых учебных программ, нет стандартов. Поэтому программа преподавания физики, скажем, в Лейпцигском университете, отличается от программы по физике в Высшей технической школе, хотя специальности одинаковые. Безусловно, это сказывается и на уровне подготовки технических специалистов.

Несмотря на положительные стороны, в методике преподавания физики в Германии также есть проблемы. Так, остро стоит вопрос трудоустройства выпускников, имеется безработица, хотя в некоторых землях Германии ощущается нехватка хороших технических специалистов. Есть и проблема неуспевающих и слабых студентов, а также студентов, пропускающих занятия без уважительной причины. Во время лекционных занятий по физике мне не удалось увидеть применение интерактивных методов обучения, активный учебный диалог был редкостью. Чаше применялась обычная вопросно-ответная система общения преподавателя и студента, а не эвристическая беседа и не учебный диалог, лежащий в основе интеракции. Поэтому еще раз подтверждается известный в дидактике факт: нет, и не может быть безупречных образовательных систем, поскольку любая из них обладает и достоинствами, и недостатками.

Результаты исследования и их обсуждение

Проблема разработки современной методики обучения физике студентов технических специальностей на основе компетентностного подхода сложна и многоаспектна. Нами изучена одна из сторон этой проблемы, а именно выполнен анализ современного состояния методики преподавания физики при подготовке технических специалистов в университете. На основе применения взаимосвязанных и взаимодополняющих методологических подходов (компетентностного, личностно-развивающего и системно-синергетического), эмпирических и теоретических методов исследования был получен вывод о том, что существующая методика обучения физике не в полной мере соответствует целям и задачам формирования профессиональных и личностных компетенций будущих технических специалистов. Дальнейшие исследования следует посвятить разработке концептуальных положений и модели обучения физике студентов технических специальностей на основе компетентностного подхода.

В статье рассматриваются проблемы в преподавании физики, связанные с тем, что основная масса современных выпускников, а в дальнейшем – первокурсников, не владеет достаточными знаниями по физике. Отмечается недостаточная подготовка студентов к самостоятельной работе, в особенности, если они выбирают технические направления для будущей профессиональной деятельности. Однако преобразования в преподавании естественных наук в школе и в вузе не всегда приводят к повышению качества. Подчеркивается, что после отмены обязательного ЕГЭ по физике в школе уровень знаний школьников, поступающих в вуз, не повысился. Авторы данной статьи считают: учебный процесс следует организовать таким образом, чтобы основная масса студентов овладела фундаментальными знаниями, необходимыми для работы по специальности. И в то же время следует организовать учебный процесс так, чтобы одаренные студенты имели возможность развивать свои способности, т.е. учебный процесс необходимо дифференцировать, что предполагает индивидуальную работу со студентами. В преподавании физики нужно использовать как классические традиционные методики (лекционный материал, лабораторный курс, практические занятия с разбором и решением задач, семинарские занятия и т.п.), так и современные компьютерные методики.

2. Проблемы и особенности обучения студентов 1–2 курсов в области физики. Ефремова Н.А, Рудковская В.Ф. // Проблемы образования в современной России на постсоветском пространстве. Материалы VIII Международной научно-практической конференции. – Пенза, 2006. – С. 143–146.

4. Семенов Ю.В. Формирование обобщенных информационных умений в процессе обучения физике // Преподавание физики в высшей школе. – М., 1995. – № 3. – С. 57–61.

6. Фундаментальное естественнонаучное образование, личность и общество. Ефремова Н.А, Рудковская, В.Ф. // Образование в XXI веке: проблемы и перспективы. Материалы IX Международной научно-практической конференции. – Пенза, 2013. – С. 18–22.

7. Efremova N.A., Rudkovskaya V.F., Skljarova E.A. The importance of fundamental approach to studying physics at university // European journal of natural history. – London, 2007. – № 2. – С. 120–122.

1) вуз идет на поводу, навязанному ему современной системой подготовки абитуриентов школой, и готовит специалистов, мягко говоря, очень невысокого уровня. А это, в свою очередь, отразится на общем уровне технической подготовки в масштабах всей страны;

2) вуз должен использовать все возможности для того, чтобы подготовить специалистов достаточно высокого уровня. Для этого необходимо, во-первых, поднять уровень подготовки первокурсников до того уровня, на котором они смогут усваивать вузовскую программу. В ТПУ для таких студентов проводятся адаптационные занятия по физике. Студентам читаются дополнительные лекции по физике, под контролем преподавателя студенты решают задачи. Студенты, прослушавшие адаптационный курс, лучше усваивают новый материал, на экзаменах по физике у них повышается успеваемость.

В настоящее время университеты вынуждены выпускать физиков разных уровней (бакалавров, магистров), отвечающих определенным профессиональным стандартам. Подготовка бакалавров не подразумевает глубокого изучения физики. В то же самое время жизнь показывает, что знание физики обеспечивает углубленную подготовку людей, легко адаптирующихся к любой ситуации. В период бурного развития науки и техники происходит быстрый рост объема знаний и, соответственно, старение информации, подлежащей усвоению. Это вызывает необходимость включения в курс общей физики многих важных вопросов, связанных с современным прогрессом физической науки и техники, что приводит к гипертрофии отдельных разделов и курса в целом. Возникают определенные трудности, связанные с отбором материала для изучения. В этой связи академиком В.А. Фабрикантом была предложена модель, согласно которой в каждой фундаментальной науке, в том числе и физике, имеется ядро, сравнительно медленно изменяющееся со временем, и быстро деформирующаяся оболочка. В состав ядра входит ряд основных принципов и факторов. В нем могут быть резкие скачки в развитии, но они происходят редко. Оболочку составляют те разделы физики, которые имеют наиболее важное значение для работы специалистов в современных условиях. В зависимости от профиля вуза в программе выделяется круг основных знаний, умений и навыков, которыми должен овладеть выпускник вуза [1]. Трудно предвидеть, с чем столкнется на практике выпускник вуза, с практическим использованием какого раздела физики он будет иметь дело. Недопустимо заменять курс общей физики изучением отдельных его глав применительно к узкой специальности данного курса. Процесс обучения физике должен состоять в последовательном формировании новых для студента физических понятий и теорий на базе немногих фундаментальных положений. В зависимости от профиля вуза в программе выделяется круг основных знаний, умений и навыков, которыми должен овладеть выпускник вуза. Если в данном вузе курс общей физики изучается в сжатом объеме, то сокращение курса должно производиться не за счет исключения фундаментальных положений, а за счет уменьшения детализации их положения [5]. В преподавании физики нужно использовать как классические традиционные методики (лекционный материал, лабораторный курс, практические занятия с разбором и решением задач, семинарские занятия и т.п.), так и современные компьютерные методики. Искусство преподавания физики заключается в том, чтобы найти такое изложение материала, при котором с помощью последовательных логических операций и рационально подобранного эксперимента можно было бы сформулировать основные физические понятия, дать представление об основных физических законах и теориях.

Современное обучение в вузе характеризуется огромным количеством информации. Одним из путей процесса обучения физике можно считать процесс формирования умения работать с информацией. Формирование умения построения информационной модели относится к числу обобщенных умений. Одним из критериев данного умения является высокая эффективность работы студента при решении вопросов систематизации и обобщения, как учебного материала, так и собственных знаний. Основой упорядочения информации может быть развернутое и систематическое применение в процессе обучения обобщенных методов, общеметодологических принципов, предельно общих понятий и т.д. В решении задач по физике этот подход был реализован Б.С. Беликовым. Его подход основан на системе наиболее общих понятий физики применительно к решению любой физической задачи. Решение физических задач является необходимой основой при изучении физики, поскольку оно связано с самостоятельной работой, которая, в свою очередь, учит анализу изучаемого явления. В итоге решение любой самой простой задачи способствует развитию научного мировоззрения и приближается к модели научного физического исследования. Решение физической задачи – это настоящая школа для мыслительной деятельности студента. Процесс решения поставленной задачи можно разделить на три этапа: физический (он заканчивается, если составлена замкнутая система уравнений), математический (его цель – получение решения задачи в общем и числовом виде) и этапа анализа решения. Для того чтобы успешно решать задачи по физике, по мнению Б.С. Беликова, необходимо, кроме конкретных знаний, овладеть еще так называемыми обобщенными знаниями. Основу обобщенных знаний составляют фундаментальные понятия физики, имеющие методологический характер. Фундаментальных методологических понятий физики сравнительно немного. Это физическая система, физическая величина, физический закон, состояние физической системы, взаимодействие, физическое явление, идеальные объекты и идеальные процессы, физическая модель и др. Особенное значение имеет связь физического явления со всеми остальными фундаментальными понятиями. Использование системы фундаментальных понятий позволяет сформулировать важнейшее определение теоретической физической задачи как физического явления, в котором неизвестны какие-либо связи и величины. Решить физическую задачу – это значить восстановить неизвестные связи и определить искомые физические величины. Обучить студентов навыкам решения задач по физике помогает вовлечение их на практических занятиях в активную работу [3]. Проблемные ситуации создаются путем постановки познавательной задачи, которая была бы понятна студентам, захватывала бы своим содержанием. Характер проблемной ситуации определяется конкретным содержанием учебного материала.

Решение каждой сложной физической задачи может являться разрешением проблемной ситуации, если эта задача решается самостоятельно студентами, а не списывается пассивно с доски. Способами создания проблемной ситуации могут быть: 1) подчеркивание практического значения темы для решения наиболее актуальных проблем физики, 2) выдвижение спорных гипотез, 3) постановка исследовательской задачи, 4) вывод формулы и т.д. Вообще, способность самостоятельно находить алгоритмы решений задач незнакомых типов, т.е. умение мыслить физически, физическая интуиция вырабатываются в ходе решения многих задач разных типов, вооружающего студентов знанием различных приемов решения. Рассмотрение элементарных задач бесполезно, т.к. в ходе его студенты не получают новой информации и не тренируют своих мыслительных способностей. Однако проблемное обучение не может считаться универсальным. Оно должно сочетаться с другими методами обучения. Независимо от того, какими методами проводится изучение нового материала, исходным моментом в обучении физике должно быть появление исследовательского интереса. При этом необходимо достаточно точно оценивать возможность и целесообразность применения того и иного метода в данных условиях.

Растущий поток научно-технической информации требует увеличения количества часов на изучаемую дисциплину и более эффективного использования учебного времени при проведении практических и лабораторных занятий. Часть информации необходимо упорядочить на принципиально новой основе, в частности, с использованием компьютеров.

Появление новых образовательных программ на основе компьютеров ставит задачу модернизации традиционных систем образования и разработки новых методов обучения.

В настоящее время для проведения практических занятий широко используются обучающие компьютерные программы, что позволяет проводить занятия с большими группами студентов одному преподавателю. Студенты могут обучаться самостоятельно с помощью данной программы. Использование компьютеров повышает качество проведения практических и лабораторных занятий по физике. Несмотря на объективность и оперативность этого метода, нельзя абсолютизировать или преувеличивать его возможности. Недостатком этой методики является то, что успешное занятие можно провести только с качественной обучающей программой, но программное обеспечение часто имеет жесткий сценарий, который, например, не способен оценить оригинальное решение задачи, не предусмотренное программой [4]. Опыт работы с использованием вычислительной техники в учебном процессе показал, что ее применение обеспечивает индивидуальное обучение и контроль в условиях аудиторной работы студентов, помогает студентам в самостоятельной работе. Однако создать качественную обучающую программу, которая может ответить на сложные вопросы, возникающие при самостоятельном обучении, очень сложно. Только преподаватель способен разъяснить сложную проблему. Использование компьютеров полезно и будет способствовать развитию физики. Но не надо их использовать во всех случаях. Живая беседа преподавателя со студентами имеет не только контролирующую, но и обучающую стороны, поэтому должна оставаться решающей формой проведения лекций, практических и лабораторных занятий. Возможности учебной техники и уровень обучающих программ постоянно совершенствуются. Вычислительная техника помогает студентам решить проблему переработки возрастающей информации. Но при этом не надо забывать, что компьютер – всего лишь инструмент для решения каких либо производных задач. Не надо превращать его в самоцель, тем более в учебном заведении. Широкую компьютеризацию необходимо сочетать с осмотрительностью в выборе программных средств и определении оптимального количества аудиторного времени для применения ПК в учебном процессе.

На практических занятиях по физике мы не разрешаем студентам находить основные физические законы и формулы в Интернете. Студенты, которые на занятиях спешат наполнить свой багаж знаний из Интернета, часто записывают формулу не вникая в ее физический смысл, и хуже понимают материал, чем те студенты, которые разобрали его в учебнике. Это можно объяснить тем, что в учебнике сложнее отыскать закон среди подобных формул, не прочитав пояснения к ним. Проблемой является и то, что некоторые студенты могут списывать решения задач в Интернете.

Как в современных условиях подготовить компетентного инженера, обладающего необходимыми знаниями и способного к творческому решению задач? Многие преподаватели считают, что решение проблемы заключается не в наполнении знаниями всех наук головы студента, а во влечении его в самостоятельную творческую работу, которая разовьет его способность в дальнейшем самостоятельно получать необходимые знания. Считается, в современных условиях специалист должен получать нужные сведения, в основном, с помощью информационной техники, а не держать их в памяти.

Образование в вузе должно отвечать современному уровню научно-технического прогресса. Для работы в сфере высоких технологий вузы должны иметь возможность пользоваться дорогостоящим лабораторным оборудованием, что сложно выполнить в современных экономических условиях. Решение этих проблем возможно при более тесной связи образования, научных лабораторий вузов и высокотехнологического производства. Учебный процесс следует организовать так, чтобы основная масса студентов овладела фундаментальными знаниями, необходимыми для работы по специальности. И в то же время следует организовать учебный процесс так, чтобы одаренные студенты имели возможность развивать свои способности, т.е. учебный процесс необходимо дифференцировать, что предполагает индивидуальную работу со студентами. Необходимо уделять большое значение формированию и развитию творческих способностей, которые в будущем помогут специалисту в решении научно-технических задач.

При современных темпах и особенностях развития техники невозможно заранее предугадать, какие разделы физики приобретут преимущественное значение для техники в будущем. Поэтому курс физики должен быть таким, чтобы студенты получили прочные систематические знания по всем основным его разделам. Курс общей физики должен строиться как последовательный единый курс [7]. Современная наука и техника развиваются очень быстро. На первое место при формировании будущего специалиста нужно ставить его способность к профессиональному самообновлению и самообразованию, стремление к постоянному обобщению полученных знаний, к ориентировке в современном мире знаний.

Почему школьная программа не оставляет у выпускников почти никаких знаний? Что в ней устарело, а что нуждается в кардинальном пересмотре?

Начинаем серию статей о проблемах и устаревших концепциях в школьной программе и предлагаем порассуждать о том, зачем школьникам нужна физика, и почему сегодня её преподают не так, как хотелось бы.

Для чего современный школьник изучает физику? Или для того, чтобы ему не надоедали родители и учителя, или же затем, чтобы успешно сдать ЕГЭ по выбору, набрать нужное количество баллов и поступить в хороший вуз. Есть ещё вариант, что школьник физику любит, но эта любовь обычно существует как-то отдельно от школьной программы.

В любом из этих случаев преподавание ведётся по одинаковой схеме. Оно подстраивается под систему собственного контроля — знания должны преподноситься в такой форме, чтобы их можно было легко проверить. Для этого и существует система ГИА и ЕГЭ, а подготовка к этим экзаменам в результате и становится главной целью обучения.

Как устроено ЕГЭ по физике в его сегодняшнем варианте? Задания экзамена составляются по специальному кодификатору, куда входят формулы, которые, по идее, должен знать каждый ученик. Это около сотни формул по всем разделам школьной программы — от кинематики до физики атомного ядра.

Большая часть заданий — где-то 80% — направлена именно на применение этих формул. Причем другие способы решения использовать нельзя: подставил формулу, которой нет в списке — недополучил какое-то количество баллов, даже если ответ сошелся. И только оставшиеся 20% — это задачи на понимание.

В результате главная цель преподавательской работы сводится к тому, чтобы ученики знали этот набор формул и могли его применять. А вся физика сводится к несложной комбинаторике: прочитай условия задачи, пойми, какая формула тебе нужна, подставь нужные показатели и просто получи результат.

В элитарных и специализированных физико-математических школах обучение, конечно, устроено иначе. Там, как и при подготовке к всевозможным олимпиадам, присутствует какой-то элемент творчества, а комбинаторика формул становится намного сложнее. Но нас здесь интересует именно базовая программа по физике и её недостатки.

Стандартные задачи и абстрактные теоретические построения, которые должен знать обычный школьник, очень быстро выветриваются из головы. В результате физику после окончания школы уже никто не знает — кроме того меньшинства, которому это почему-то интересно или нужно по специальности.

Получается, что наука, главной целью которой было познание природы и реального физического мира, в школе становится донельзя абстрактной и удаленной от повседневного человеческого опыта. Физику, как и другие предметы, учат зубрёжкой, а когда в старших классах объём знаний, который необходимо усвоить, резко возрастает, всё зазубрить становится просто невозможно.

Но это было бы и необязательно, если бы целью обучения было не применение формул, а понимание предмета. Понимать — это, в конечном счёте, намного легче, чем зубрить.

Формировать картину мира

Задачки, которые нам здесь предлагают решить — не количественные, а качественные: нужно не подсчитать какой-то абстрактный показатель вроде коэффициента полезного действия, а поразмышлять, почему вечный двигатель невозможен в реальности, можно ли выстрелить из пушки до луны; нужно провести опыт и оценить, каким будет эффект от какого-либо физического взаимодействия.

Одним словом, заучивать формулы здесь не обязательно — главное понимать, каким физическим законам подчиняются предметы окружающей действительности. Проблема только в том, что знания такого рода куда сложнее поддаются объективной проверке, чем наличие в голове школьника точно определённого набора формул и уравнений.

Поэтому физика для обычного ученика оборачивается тупой зубрежкой, а в лучшем случае — некой абстрактной игрой ума. Формировать у человека целостную картину мира — совсем не та задача, которую де факто выполняет современная система образования. В этом отношении, кстати, она не слишком отличается от советской, которую многие склонны переоценивать (потому что раньше мы, мол, атомные бомбы разрабатывали и в космос летали, а сейчас только нефть умеем продавать).

По знанию физики ученики после окончания школы сейчас, как и тогда, делятся примерно на две категории: те, кто знает её очень хорошо, и те, кто не знает совсем. Со второй категорией ситуация особенно ухудшилась, когда время преподавания физики в 7-11 классе сократилось с 5 до 2 часов в неделю.

Большинству школьников физические формулы и теории действительно не нужны (что они прекрасно понимают), а главное — неинтересны в том абстрактном и сухом виде, в котором они преподносятся сейчас. В итоге массовое образование не выполняет никакой функции — только отнимает время и силы. У школьников — не меньше, чем у учителей.

Attention: неправильный подход к преподаванию точных наук может иметь разрушительные последствия

Если бы задачей школьной программы было формирование картины мира, ситуация была бы совершенно иной.

Лекция Уолтера Левина — хороший пример того, как можно соединить физические теории и формулы с конкретными наблюдениями.

Читайте также: