Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела «Механика»)

Актуальность темы

исследования.

Модернизация отечественного образования XXI века отличается от всех предыдущих его реформ тем, что основной ориентир сделан на развитие личности как главную цель и смысл образования. Национальная доктрина образования на период до 2025 года отражает новые условий функционирования образования и определяет его цели и задачи, среди которых: непрерывность образования в течение всей жизни человекапреемственность уровней и ступеней образования. В Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года определена стратегия образовательной политики: «Обеспечение современного качества образования на основе сохранения его фундаментальное ги и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства».

В новых социально-экономических условиях при подготовке в техническом вузе высококвалифицированных специалистов «и высокообразованных людей, способных к профессиональному росту и профессиональной мобильности, возрастает роль физического образования.

Физика является основой формирования научных знаний о природе, на ее основе формируется мировоззрение выпускника технического вуза, которое должно соответствовать достижениям высоких технологий, в частности, нанотехнологий, уровню развития науки в XXI веке.

Проблема формирования научного мировоззрения в процессе обучения физике отражена в работах В. Ф. Ефименко, Я. Я. Зориной, В. Н. Мощанского, В. В. Мултановского, Э. Д. Новожилова, Н. С. Пурышевой, А. А. Синявиной, А. В. Усовой, JI.C. Хижняковой и др.

Ими доказано, что систематизация материала курса физики на основе фундаментальных физических теорий и идеи научной картины мира, реализация единства системы знаний и методов научного познания служат основой формирования системных научных знаний, развития научного мышления обучающихся.

Одним из важнейших факторов, существенно влияющим на эффективность обучения физике в высшей школе, является готовность студента к познавательной деятельности, к углубленному и детализированному теоретическому анализу содержания и структуры изучаемых физических теорий. На первых курсах технического вуза эта готовность определяется физико-математической подготовкой абитуриента (в аспекте профессиональной ■-направленности обучения будущего инженера). Усвоение технических наук, овладение начальными навыками инженерного искусства во многом зависит’от системности и фундаментальности физико-математического образования в вузе.

Между тем, в процессе констатирующего эксперимента был выявлен низкий уровень подготовки по физике у выпускников средней школы и студентов первого курса технического вуза: коэффициент усвоения теоретических знаний школьного курса физики составляет 25%, умение решать задачи — менее 15% (из 219 человек). Большая часть опрошенных (60%), имея начальные навыки в проведении эксперимента и оформлении его результатов, игнорируют теоретический анализ результатов эмпирического обобщения,., некритически относятся к погрешности. Одной из причин снижения уровня подготовки школьников является недостаточное оснащение школьных физических кабинетов приборами и оборудованием, что не позволяет полноценно проводить лабораторные работы, организовать демонстрационный эксперимент. Введенное профильное обучение, несмотря на большие преимущества, пока также не позволяет изменить ситуацию. Существует ряд проблем организации профильного обучения: невозможность деления классов или параллелей на необходимое количество профильных групп, сложности организации профильного обучения в школе с одним-двумя классами в параллели. Поэтому большинство учащихся получают все то же базовое образование.

В этих условиях возрастает роль вуза в подготовке студентов к изучению физики в высшей школе и требуются новые подходы к разработке принципов организации образовательного процесса, поиску путей реализации преемственности физического образования.

Существуют разные подходы к осуществлению преемственности обучения.

Известны трактовки преемственности как формы связи между элементами системы обучения (А.А. Люблинская и др.), педагогического условия образовательного процесса (А.В. Коржуев, В. А. Попков, М. Ш. Семикова, Э. С. Черкасова и др.), педагогической системы (А.В. Батаршев и др.).

Психолого-педагогические обоснования преемственности рассматривались в работах Л. И. Божович, Н. В. Кузьминой, А. Н. Леонтьева, Ю. А. Самарина, Н. Ф. Талызиной и др.

Роль организации процесса обучения в преемственности обучения раскрывается в исследованиях А. П. Беляевой, Н. А. Клещевой А.Г. Мороза, Н. М. Мочаловой, Д. Т. Ситдиковой и др.

Вопросы взаимосвязи содержания общего и профессионального образования отражены в исследованиях: С. М. Годника, Р. Х. Казакова, Ю. А. Кустова, A.M. Новикова, М. В. Потаповой, Л. О. Филатовой и др.

Возможные направления реализации преемственности в высшей школе рассматривались А. А. Вербицким, Н. М. Гриценко, Е. Е. Князевой, Н. А. Клещевой, Ю. Г. Татур и др.

Вместе с тем, вопрос о подготовке студентов технического вуза к изучению физики в рамках методической системы преемственности пока остается открытым.

Таким образом, анализ научных исследований, теории и педагогической практики позволили выявить ряд объективно существующих противоречий между:

— разрозненностью подходов к реализации преемственности в современных условиях модернизации высшего профессионального образования и необходимостью создания методической системы преемственности, способствующей подготовке студентов к изучению физики в техническом вузе;

— сущностным содержанием физических теорий, изучаемых в курсе физики технического вуза, и несформированностью у поступивших в технический вуз системных знаний физической теории;

— значимостью методов познания природы для будущего инженера и их фрагментарным освещением в традиционной практике преподавания физики в вузе;

— потребностью у будущего инженера освоения способов учебной деятельности, характерной для исследования и конструирования технических объектов и низким уровнем экспериментальных навыков у выпускников средней школы.

Выявленные противоречия определили актуальность исследования, позволили сформулировать научную проблему исследования: обоснование и разработка методической системы преемственности курса физики технического вуза.

Значимость и актуальность рассматриваемой нами проблемы послужили основанием для определения темы исследования «Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела „Механика“)».

Объектом исследования является процесс обучения физике в техническом вузе.

Предмет исследования — методическая система преемственности курса физики технического вуза на примере изучения вводного раздела.

Цель исследования: обосновать и разработать методическую систему преемственности обучения физике технического вуза при изучении вводного раздела.

Гипотеза исследования: методическая система преемственности курса физики технического вуза, реализуемая на примере вводного раздела, позволит подготовить студентов первого курса к изучению физики в вузе, если: • преемственность является фактором построения учебного процесса вводного.

раздела;

• содержание учебного материала систематизировано на основе физической теории — классической механики;

• методы познания отражают взаимосвязь эмпирического и теоретического, реализующуюся по следующей схеме: чувственно-конкретное —> эмпирически-абстрактное —> теоретически-абстрактное —" теоретнчески-конкретное;

• средства обучения соответствуют методам познания (физический эксперимент, информационные технологии, техническое моделирование);

• формы организации обучения определяются способами учебной деятельности, характерными для исследования и конструирования технических объектов.

С учетом цели и гипотезы исследования в работе были поставлены следующие задачи.

1. На основе изучения философской, психолого-педагогической литературы по современному состоянию проблемы преемственности выявить основания для построения методической системы преемственности курса физики технического вуза.

2. Разработать содержательную модель и программу вводного раздела физики технического вуза на основе классической механики, реализующие методическую систему преемственности.

3. Разработать методику проведения занятий по формированию знаний методов познавательной деятельности, в частности, выражающие взаимосвязь эмпирического и теоретического уровня познания.

4. Обосновать выбор средств обучения с учетом современных информационных технологий, способствующих системному усвоению физических теорий.

5. Проверить в педагогическом эксперименте гипотезу исследования. Методологической и теоретической основой исследования являются работы педагогов, методистов высшей и средней школы в области философии и методологии науки (П.В. Копнин, М. В. Мостепаненко, B.C. Стёпин и др.) — психологии адаптации личности (Ж. Пиаже, А. А. Реан и др.) — психологии, педагогики и методики высшей школы (В.В. Давыдов, А. Н. Леонтьев, И. Я. Лернер, Н. Ф. Талызина и др.) — теории и методики обучения физики (А.И. Бугаев, С. Е. Каменецкий, И. И. Нурминский, А. В. Перышкин, Н. С. Пурышева, В. Г. Разумовский А.А. Синявина, А. В. Усова, Л. С. Хижнякова и др.) — концепций преемственности между разными уровнями образования (А.В. Батаршев, Р. Х. Казаков, Л. О. Филатова и др.) — также работы, посвященные проблеме формирования научного мировоззрения (В.Ф. Ефименко, В. Н. Мощапский, В. В. Мултановский и др.) — теории развивающего обучения (С.Л. Выготский, Л. В. Занков, Л. С. Рубинштейн, М. Н. Скаткин, Д. Б. Эльконин и др.) — личностно-ориентированного обучения (И.Я. Зимняя, В. В. Сериков, И. С. Якиманская и др.) — по проблемам информатизации физического образования и компьютерным технологиям обучения физике (Л.И. Анциферов, Е. С. Полат, А. Г. Селевко и др.).

Для решения поставленных задач и проверки исходных предположений нами использован комплекс методов исследования.

1. Теоретические: анализ психолого-педагогической, философской и методической литературысодержания учебников для средней школы, программ, дидактического материала по физикесодержания курса общей физики как дидактической единицы обучения в вузеизучение состояния проблемы исследования в практике преподаваниясистемный анализ и синтезмоделированиематематнко-статистические методы.

2. Эмпирические: анкетирование, тестирование, педагогические наблюдения за ходом учебного процесса, педагогический эксперимент, статистическая обработка данных педагогического эксперимента.

Организация исследования, этапы работы.

Исследование проводилось с 2000;2009 годы и состояло из нескольких этапов, для каждого их которых определялись критерии оценки готовности первокурсников к изучению курса общей физики в техническом вузе.

На констатирующем этапе (2000;2003гг.) были сформулированы исходная гипотеза, цели и задачи исследования, обоснована и разработана методическая система преемственности, направленная на подготовку студентов к изучению физики в техническом вузеразработана программа предлагаемого вводного раздела «Механика» курса физики вуза и технология ее реализации.

В ходе обучающе — поискового этапа (2004;2009гг.) проверена гипотеза исследования, сформулированы теоретические выводы и практические рекомендации по проблеме исследования.

Научная новизна исследования заключается в следующем.

1. Обоснована необходимость и возможность подготовки студентов технических вузов к содержательному освоению курса физики через методическую систему преемственности (на примере вводного раздела курса физики), в которой преемственность выступает основой построения учебного процесса.

2. Обоснована и определена содержательная модель вводного раздела (на примере классической механики), включающая инвариантную часть со всеми составляющими физической теории, и вариативную часть с темами дтя индивидуальной работы студентов.

3. Обоснованы и определены формы организации учебно-познавательной деятельности, раскрывающие этапы научного познания: наблюдения, описание, эксперимент —> анализ эмпирических обобщений —> моделирование объектов —" получение выводов и следствий —> анализ практических приложений и направленные на формирование у студентов системных знаний физических теорий.

4. Предложена система средств обучения, представленная традиционными элементами с физическим экспериментом и элементами электронной поддержки учебного процесса в виде: ресурсов системы дистанционного обучения EDUCONвиртуальных лабораторных работэлектронных учебников и Интернет — ресурсов, мультимедийных обучающих систем, электронных тестов и других программных средств, позволяющих студентам втузов самостоятельно обучаться, осуществлять самоконтроль усвоения материала.

Теоретическая значимость результатов исследования определяется тем, что конкретизированы положения педагогической теории содержательного обобщения посредством методической системы преемственности курса физики технического вуза на примере содержательной модели вводного раздела курса физики.

Практическая значимость исследования заключается в следующем.

1. Разработана программа вводного раздела курса физики технического вуза на примере физической теории — классическая механика.

2. Разработана методика проведения лекционных, лабораторных занятий, практикумов по решению задач вводного раздела с использованием информационных технологий, идей личностно-ориентированного обучения, систем но-деятельностного подхода, которая помогает подготовить студентов к самостоятельной учебно-познавательной и исследовательской деятельности при изучении физики в вузе.

3. Сформулированы методические рекомендации по использованию информационных технологий в обучении физике в вузе (на примере вводного раздела).

4. Разработан электронный учебно-методический комплекс вводного раздела (на примере классической механики) включающий: программу, методические указания к решению задач и выполнению домашних контрольных работ, виртуальные лабораторные работы и методические указания к ним, тестовые задания для всех видов контроля, размещенные в системе электронной поддержки учебного процесса EDUCON (Тюменского государственного нефтегазового университета).

На защиту выносятся следующие положения.

1. Средством подготовки студентов первого курса к содержательному изучению физики во втузе может служить вводный раздел (на примере классической механики), через который реализуется методическая система преемственности курса физики, преемственность выступает основой построения учебного процесса.

2. Содержательная модель вводного раздела курса физики конструируется из базовой составляющей, иллюстрирующей структуру и логическое формирование элементов физической теории, и вариативной, которая определяется результатами «вводного» контроля и предусматривает разнообразные формы изучения учебного материала, личностно значимого для каждого студента.

3. Формы организации обучения вводного раздела соответствуют учебно-познавательной деятельности, характерной для будущей профессии: исследование, анализ результатов исследования, моделирование, конструирование, внедрение в практику — и направлены на формирование системных знаний фундаментальных физических теорий, знаний методов познавательной деятельности, отражающих взаимосвязь эмпирического и теоретического.

4. Система средств обучения, необходимая в подготовке студентов к содержательному усвоению физических теорий в техническом вузе, имеет составляющие: традиционные средства с использованием физического эксперимента и средства информационно-компьютерной поддержкивиртуальные тренажеры, мультимедийные обучающие системы, электронные лекции, Интернет-ресурсы, система электронного тестирования, ресурсы системы дистанционного обучения EDUCON.

Достоверность выводов определяется глубиной методологического обоснования, его согласованностью с теорией познания, анализом обширного материала, полученного в процессе теоретического и экспериментального исследования, подтверждением основных положений исследования в экспериментальной работе, а также апробацией основных положений исследования в практике преподавания в средней школе и вузе.

Апробация и внедрение результатов исследования. Теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных научно-методических конференциях: Москва, МГОУ (Проблема развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды, 2007) — Москва, МГОУ (Проблемы контроля и оценки качества образования по физике, 2008) — Москва, МГОУ (Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, вуз, 2009) — Тобольск-Тюмень, Филиал ТИИ ТюмГНГУ (Инновации. Интеллект. Культура, 2007;2009) — Тобольск-Тюмень, Филиал ТИИ ТюмГНГУ (Социокультурная динамика и экономическое развитие Тюменского региона. XXI век, 2007;2009) — Тобольск, ТГПИ (Молодежь и образование XXI века, 2008) — Тобольск, ТГПИ (Менделеевские чтения, 2009) — г. Екатеринбург, РГ1111У (Новые информационные технологии в образовании, 2009г).

Обучение по предложенной в работе методике за период с 2004 по 2009 годы прошли студенты первого курса Тюменского государственного нефтегазового университета: Технологического института г. Тюмени и филиала «Тобольский индустриальный институт" — Тобольского государственного педагогического института им. Д.И. МенделееваТобольского рыбопромышленного техникумаучащиеся 10−11 классов Муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 7». Всего в эксперименте приняли участие 414 выпускников школ и студентов первого курса.

По теме исследования опубликовано 14 работ.

Структура диссертационного исследования.

Диссертационное исследование состоит из введения, 3 глав, заключения, библиографии и приложений.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Педагогический эксперимент осуществлялся на протяжении восьми лет: констатирующий эксперимент проходил в Муниципальном общеобразовательном учреждении «Средняя общеобразовательная школа № 8» г. Тобольска с учащимися 10−11 классов и в Филиале «Тобольский индустриальный институт» Тюменского государственного нефтегазового университета со студентами первого курса инженерных специальностей с 20 002 003 гг., обучающе-поисковый эксперимент был проведен в Тобольском индустриальном институте на первом курсе. Для каждого этапа педагогического эксперимента были определены критерии готовности студентов первого курса к изучению физики в вузе.

1. Констатирующий эксперимент показал, что уровень знаний школьного курса физики у выпускников и студентов первого курса оказался довольно низким. Физика воспринимается эмпирически, на чувственном уровне. Психолого-педагогическое исследование показывает, что способности к саморазвитию и самообразованию в целом у студентов имеют средний уровеньуровень творческого потенциала личности — чуть выше среднего.

2. Данные обучаюъце-поискового эксперимента с использованием разнообразных методов исследования, статистических критериев, количественных и качественных коэффициентов подтверждают достоверность сформулированной в работе гипотезы. Во вводном разделе, являющимся начальным этапом в системе обучения физике, закладываются основы формирования системных знаний физической теории, знаний познавательных действий, развивается научное теоретическое мышление студента технического вуза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате научно-практического исследования по проблеме «Методическая система преемственности курса физики технического вуза (на примере вводного раздела „Механика“)» нами были получены следующие результаты и выводы.

1. Актуальность разработки методической системы, реализующей преемственность курса физики вуза, определяется востребованностью преемственности уровней образования в условиях модернизации высшей технической школы. Из анализа психолого-педагогической литературы и исследований по проблеме преемственности установлено, что содержательная преемственность является важнейшим фактором построения методически эффективного учебного курса физики технического вуза.

2. Разработаны содержательная модель и программа вводного раздела, на примере которого реализуется преемственность курса физики вуза. Основой для отбора содержания вводного раздела являются: естественнонаучный аспект культуры (представлен системой физических теорий, образующих физическую науку, современной физической картиной мира и методами научного познания) — принцип генерализации учебного материалапринцип построения учебного материала с учетом психологических закономерностей усвоения учебного материала (реализация технологий личностно-ориентированного образования) — преемственность физического образования. Вводный раздел в основном базируется на анализе системных свойств классической механики как фундаментальной теории, т.к. механика в курсе физики средней школы представлена всеми структурными элементами физической теории — эмпирическим основанием, теоретическим ядром и рядом дедуктивных следствий.

3. Определены и обоснованы формы организации учебно-познавательной деятельности по формированию знаний методов познавательной деятельности, отражающие взаимосвязь эмпирического и теоретического уровня познания. Установлено, что последовательность применения методов познавательной деятельности — наблюдения, описание, эксперимент —> анализ эмпирических обобщений —> моделирование объектов —> получение выводов и следствий —* анализ практических приложений — адекватно отражают гносеологический цикл познания и во взаимосвязи с системой научного знания служат формированию у студентов системных знаний физических теорий.

4. Определены средства обучения с применением физического эксперимента и использованием возможностей информационных технологий. Создан электронный учебно-методический комплекс в системе EDUCON, который включает в себя: программу, практические задания, базу тестовых заданий, компьютерные имитационные тренажеры, методические материалыметодические рекомендации к решению задач, содержание домашних контрольных работ с рекомендациями и пояснениями, базу тестовых заданий (162 вопроса) для входного, текущего и итогового контроля. Подготовлены рекомендации по использованию Интернет-ресурсов для самостоятельной работы студентов.

5. В педагогическом эксперименте по проверке готовности студентов первого курса к изучению физики в техническом вузе подтверждена гипотеза исследования.

Проведенное исследование показало теоретическую и методическую значимость внедрения полученных нами результатов. Дальнейшим возможным направлением работы может стать совершенствование методической системы преемственности курса за счет модернизации средств обучения с применением информационных технологий, изменения содержательной основы методической системы. Актуальным является исследование преемственности курса общей физики и общетехнических дисциплин (теоретическая механика, теория механизмов и машин, сопротивление материалов и др.), базирующихся на данной фундаментальной дисциплине. Решение этих задач выходит за рамки нашего исследования.