ВВЕДЕНИЕ
Одна из важнейших задач обучения в высшей школе - это задача повышения качества профессиональной подготовки специалистов. Требования общества к специалисту определенного профиля находят отражение в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования, в соответствии с которым составляются учебные планы, содержащие дисциплины, разделённые по своему назначению на три группы:
1. Общеобразовательные или фундаментальные дисциплины содержат основы наук, которые способствуют формированию мировоззрения, вооружают методами исследования, изучают фундаментальные закономерности.
2. Общепрофессиональные или общетехнические дисциплины содержат основы наук, изучающие конкретные области человеческих знаний, приобретенных при изучении фундаментальных наук.
3. Специальные дисциплины формируют специалиста в определенной области техники. В их основе лежит широкий комплекс технологических наук.
На начальном этапе обучения в техническом вузе обучаемые получают фундаментальную подготовку, которая играет большую роль в профессиональном образовании инженера. Глубокое изучение фундаментальных дисциплин, в частности физики, позволяет создать прочную базу для подготовки специалиста, способного ориентироваться в непрерывно меняющейся производственной обстановке. В связи с этим остро встает вопрос усиления фундаментальной подготовки в системе профессионального образования инженеров, возникает необходимость создания такой системы обучения, которая способствовала бы приобретению системы знаний, развитию теоретического мышления, творческих способностей, формированию умений и навыков ориентироваться в стре-
4
мительно растущем потоке научной информации и самостоятельно приобретать знания.
Перед физикой как одной из фундаментальных дисциплин стоит задача формирования системы физических знаний - надежного фундамента для дальнейшего обучения в вузе, основы которого закладываются еще в средней школе.
Однако анализ ответов абитуриентов на вступительных экзаменах дает право сделать вывод, что абитуриенты обладают совокупностью знаний, которая определяется программой для поступающих в вузы, но знания их, как правило, не являются системными, а представляют собой набор определений, формул, формулировок законов и т. д. Совокупность знаний учащихся, не приведенных в систему, является очень "шатким" фундаментом, на котором строится обучение физике на более высокой ступени в вузе. Аналогичная ситуация складывается и при традиционном обучении физике в высшей школе, об этом свидетельствуют ответы студентов на семестровых экзаменах. А физика в техническом вузе является одним из общеобразовательных предметов, формирующих теоретическую базу для изучения общепрофессиональных, а затем и специальных дисциплин, поэтому возрастают требования к качеству знаний, уровню подготовки студентов по данному предмету. В связи с этим среди проблем, подлежащих исследованию, одно из главных мест занимает проблема формирования системы физических знаний студентов с целью повышения качества их профессиональной подготовки.
Итак, физические знания в техническом вузе играют роль фундамента, на котором выстраиваются знания, приобретаемые студентами при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин. В связи с этим процесс обучения физике необходимо организовать таким образом, чтобы в памяти обучаемых сохранилась та система физических знаний, на основе которой, с одной
5
стороны, формируется научное представление о материальном мире, с другой стороны, базируется изучение общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Исследование проблемы формирования системы физических знаний как одной из важнейших задач обучения должно быть связано с исследованием проблемы обобщения и систематизации, поскольку, на наш взгляд, сформировать систему физических знаний можно только, опираясь на обобщение и систематизацию.
Актуальность проблемы формирования системы физических знаний на основе обобщения и систематизации в процессе обучения объясняется, в первую очередь, ростом информации. Естественно, что запомнить, сохранить в памяти всю полученную информацию практически невозможно.
Проблеме систематизации и обобщения знаний школьников посвящено достаточно много работ. Данной проблемой занимались А. Н. Аверьянов, И. И. Аникин, А. И. Архипова, В. Г. Афанасьев, Т. Н. Бабенкова, М. Е. Бершадский, Б. А. Борсуковский, Л. С. Выготский, П. Я. Гальперин, Я. Ф. Ганюк, Л. И. Гу-бернаторова, В. В. Давыдов, Н. Н. Дидович, В. Ф. Ефименко, В. В. Завьялов, М. И. Зайкин, Л. Я. Зорина, Б. М. Кедров, Г. П. Корнев, А. В. Купавцев, Н. А. Мен-чинская, А. М. Мостепаненко, В. В. Мултановский, С. Л. Рубинштейн, В. И. Савченко, Н. Д. Савченко, Ю. А. Самарин, М. Н. Скаткин, Н. Ф. Талызина, Л. С. Точилкина, Э. М. Турчин, А. В. Усова, С. Я. Чачин, М. Н. Шардаков и др.
Несмотря на большое количество исследований по обобщению и систематизации знаний, на наш взгляд, затронуты не все аспекты данной проблемы. Проведенные исследования в большинстве своем затрагивают проблему обобщения и систематизации знаний учащихся средней школы. Проблема, связанная с формированием системы физических знаний студентов вуза на основе
6
обобщения и систематизации, не нашла отражение в диссертационных исследованиях.
Исследование проблемы формирования системы физических знаний студентов связано с исследованием проблемы связей между общеобразовательными и общепрофессиональными, а также специальными дисциплинами, поскольку установление межпредметных связей позволит наполнить техническим содержанием общеобразовательный курс физики и тем самым решить проблему профессиональной направленности его. А это в свою очередь, будет способствовать развитию познавательного интереса как одного из факторов, необходимых для формирования системы физических знаний.
Мы провели исследования по формированию системы физических знаний студентов электротехнического факультета. Для данной категории студентов общеобразовательные и специальные дисциплины в большинстве своем базируются на разделе "Электродинамика" общеобразовательного курса физики. Поэтому наши исследования по формированию системы физических знаний связаны с вышеуказанным разделом физики.
Предварительный анализ состояния проблемы формирования системы физических знаний студентов электротехнических специальностей вуза позволил выявить следующие недостатки:
• при традиционном обучении физике обучаемые имеют низкий уровень сформированное™ системы физических знаний, который не обеспечивает повышения качества и эффективности их дальнейшей профессиональной подготовки;
• обучаемые не владеют приемами обобщения и систематизации, которые способствуют формированию системы физических знаний;
• недостаточно внимания уделяется анализу связей между общеобразовательным курсом физики и общепрофессиональными, а также специальными дисциплинами, что отрицательно сказывается на формировании системы физических
знаний;
• мало внимания уделяется разработке эффективных методик, ориентированных на формирование системы физических знаний.
Наряду с недостатками были выявлены следующие противоречия:
• между объемом содержания курса физики и количеством учебного времени, отведенного на его изучение;
• между объемом учебной информации, сообщаемой в процессе обучения физике, и психологическими возможностями обучаемого усвоить, сохранить в памяти полученную информацию;
• между требованиями, предъявляемыми при изучении общепрофессиональных, специальных дисциплин и качеством знаний, приобретенных при изучении общеобразовательного курса физики;
• между возрастающим объемом содержания курса физики и темпами улучшения методики преподавания.
Предварительный анализ состояния проблемы формирования системы физических знаний, выявленные противоречия и недостатки подтверждают актуальность исследования и предопределяют разработку научно-методической системы, которую, с одной стороны, следует рассматривать как инструмент, обеспечивающий решение одной из основных задач обучения физике - формирование системы физических знаний, с другой стороны, как совокупность процесса профессионально направленного обучения физике и его результатов. В связи с этим тема исследования была сформулирована следующим образом: "Система профессионально направленного обучения физике студентов электротехнических специальностей вуза"
Цель исследования: теоретически обосновать, спроектировать и практически реализовать научно-методическую систему профессионально направленного обучения физике, ориентированную на формирование системы физиче-
ских знаний и обеспечивающую повышение качества и эффективности профессиональной подготовки студентов электротехнических специальностей вуза.
Объектом исследования выступает процесс профессионального образования в техническом вузе.
Предметом исследования является научно-методическая система профессионально направленного обучения физике студентов электротехнических специальностей вуза.
Гипотеза: научно-методическая система профессионально направленного обучения физике студентов технического вуза обеспечит повышение качества и эффективности усвоения общеобразовательного курса физики, если в основу педагогического процесса формирования системы физических знаний будут положены комплексный подход, приемы обобщения и систематизации, а общеобразовательный курс физики будет наполнен техническим содержанием с учетом профиля подготовки будущих специалистов.
Задачи исследования:
• провести анализ связей электродинамики общеобразовательного курса физики с общетехнической дисциплиной "Теоретические основы электротехники» и специальной дисциплиной "Электрические машины" с целью определения роли и места физических знаний в системе профессионального образования студентов электротехнических специальностей;
• провести анализ взглядов на проблему обобщения и систематизации как факторов формирования системы физических знаний;
• спроектировать научно-методическую систему профессионально направленного обучения физике, обеспечивающую формирование системы физических знаний; разработать практикум по решению электродинамических задач для студентов электротехнических специальностей;
9
• внедрить в учебный процесс спроектированную научно-методическую систему профессионально направленного обучения физике и проверить ее эффективность.
Методы исследования:
• изучение и анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы по теме исследования;
• анализ учебных пособий по физике, по теоретическим основам электротехники и курсу "Электрические машины";
• анализ результатов вступительных и семестровых экзаменов;
• анкетирование и беседы со студентами и преподавателями общепрофессиональных и специальных дисциплин;
• методы педагогической диагностики и непрерывного контроля;
• методы структурирования;
• методы математической обработки результатов эксперимента.
Теоретико-методологической основой исследования являются диалектический метод познания действительности, философские принципы единства сознания и деятельности, развития и системности, теория познания (В. Ф. Ефи-менко, М. В. Мостепаненко, Г. И. Рузавин, С. А. Шапоринский и др.), учения об обобщении и систематизации (Л. С. Выготский, В. В. Давыдов, С. Л. Рубинштейн и др.), труды ученых (Л. де Бройль, П. Дирак, А. Ф. Иоффе, Д. К. Максвелл, Л. И. Мандельштамм, А. Эйнштейн и др.), психолого-педагогические труды (А. Н. Леонтьев, А. Н. Лук, Ю. А. Самарин, Л. М. Фридман, М. Н. Шар-даков и др.).
Этапы исследования:
первый этап (1991-1992гг.) - анализ научной литературы по теме исследования; определение цели, объекта, гипотезы, задач, плана исследования; анкетирование, беседы со студентами и преподавателями; проведение констатирую-
10
щего эксперимента с целью выявления уровня сформированности физических знаний, умений и навыков;
второй этап (1993-1995гг.) - поиск и апробация методов, средств и организационных форм учебных занятий, используемых для формирования системы физических знаний, умений и навыков; проектирование модели научно-методической системы профессионально направленного обучения, обеспечивающей формирование системы физических знаний как базы дальнейшей профессиональной подготовки студентов электротехнических специальностей вуза;
третий этап (1996-1998 гг.) - обучающий эксперимент с целью проверки справедливости сформулированной гипотезы и эффективности спроектированной научно-методической системы профессионально направленного обучения физике; анализ и статистическая обработка результатов эксперимента. Научная новизна исследования состоит в разработке
• научно-методической системы профессионально направленного обучения физике, обеспечивающей повышение качества и эффективности профессиональной подготовки студентов электротехнических специальностей;
• опорных конспектов лекций, повышающих эффективность процесса формирования системы физических знаний;
• структурно-логических схем описания физической величины, функциональной зависимости физических величин, физического явления, физического закона и функционального объекта, ориентированных на обобщение и систематизацию знаний на уровне понятия и закона;
• схем формирования контрольных вопросов для лабораторных работ;
• сценария конференции как итоговой формы формирования системы физических знаний на уровне теории;
11
• практикума по решению электродинамических задач для студентов электротехнических специальностей.
Теоретическая и практическая значимость исследования:
• теоретически обоснована необходимость проектирования научно-методической системы профессионально направленного обучения физике в техническом вузе и спроектирована ее модель;
• сформулированы концептуальные положения научно-методической системы профессионально направленного обучения физике в техническом вузе;
• теоретически обосновано, что обобщение и систематизацию следует рассматривать как факторы формирования системы физических знаний;
• разработан и внедрен в учебный процесс комплекс методических материалов, обеспечивающих эффективность процесса формирования системы физических знаний;
• разработан и внедрен в учебный процесс практикум по решению электродинамических задач, способствующих формированию знаний, умений и навыков, необходимых при изучении курса "Электрические машины".
Апробация результатов исследования осуществлялась в Тольяттинском политехническом институте, который стал основной экспериментальной базой.
Достоверность результатов исследования заключается в согласованности результатов исследования с исходными методологическими позициями и соответствии экспериментальной проверки с математической обработкой результатов апробации педагогического эксперимента.
Результаты исследования были представлены:
• на VII Внутривузовской научно-методической конференции в г. Тольятти;
• на межвузовской научно-практической конференции, г. Уфа, 1997г.;
• на межвузовском семинаре, г. Пенза, 1997г.;
• на межвузовской научно-методической конференции, г. Сызрань, 1997г.;
12
• на межвузовской научно-методической конференции, г. Тольятти, 1998г.;
• на межвузовской научно-методической конференции, г. Самара, 1998г.;
• на заседаниях кафедры "Физика" Тольяттинского политехнического института.
На защиту выносятся:
• теоретические основы проектирования и эффективного функционирования научно-методической системы профессионально направленного обучения физике, ориентированной на формирование системы физических знаний и обеспечивающей повышение качества и эффективности профессиональной подготовки студентов электротехнических специальностей технического вуза;
• методическое обеспечение, способствующее формированию системы физических знаний как базы для дальнейшей профессиональной подготовки студентов электротехнических специальностей вуза.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и 4 приложений, содержит 26 рисунков и 13 таблиц. Основное содержание исследования изложено в 10 публикациях.
13
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ФИЗИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНО НАПРАВЛЕННОГО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА
1.1. Формирование системы физических знаний как одна из задач обучения в техническом вузе
Физика занимает одно из ведущих мест среди общеобразовательных дисциплин в техническом вузе. Одной из задач обучения физике является формирование системы физических знаний. Следует отметить, что от решения данной задачи, от прочности заложенного на начальном этапе обучения в вузе фундамента зависит дальнейшая учебная деятельность студентов.
Ошибочно было бы считать, что формирование системы физических знаний в процессе обучения в высшей школе осуществляется независимо от решения данной проблемы в средней общеобразовательной школе. Формирование системы физических знаний начинается в процессе изучения школьного курса физики.
В средней общеобразовательной школе система обучения физике носит двухступенчатый характер. Первая ступень включает курс физики 7 и 8-го классов, вторая ступень - курс физики 9, 10 и 11-го классов. На наш взгляд, общеобразовательный курс физики в высшей школе можно рассматривать как третью ступень обучения физике.
Процесс формирования системы физических знаний, как и процесс обучения физике, также должен носить ступенчатый характер. Поэтапное введение обучаемых в область физических знаний в соответствии с их умственными и познавательными способностями определяет поэтапное формирование системы
14
физических знаний. Процесс формирования системы физических знаний представлен на рис. 1.
На первой ступени учащиеся постепенно вводятся в область физических знаний. В этом возрасте учащимся посильно исследование и изучение лишь простых, элементарных явлений и зависимостей.
Уже на первой ступени должно быть заложено прочное начало создания у учащихся научных понятий, формирования диалектического мышления, материалистического мировоззрения. Поэтому на первой ступени обучения физике учащимся даются объяснения, которые раскрывают причинные связи между явлениями и рассматриваются элементы теории, изучение отдельных вопросов по необходимости сопровождается количественными расчетами. Физика уже на первой ступени представляет собой не совокупность разрозненных фактов и формулировок, обособленных явлений, а объединение отдельных элементов знаний в систему. Ведь только тогда отдельные факты прочно усваиваются учащимися, когда построение и изложение курса физики базируется на принципе систематичности и взаимосвязанности, когда учащиеся приобретают элементарную систему знаний, позволяющую раскрывать причинные связи между явлениями.
После обучения физике на первой ступени учащиеся приобретают запас элементарных знаний, овладевают элементарной теорией, в результате чего закладывается прочный фундамент, на котором базируется изучение физики на второй ступени. Вторая ступень курса физики подводит учащихся к изучению более сложных явлений, понятий, к более сложным теоретическим обобщениям, способствующим дальнейшему формированию научного мировоззрения, системы физических знаний.
При изучении физики на второй ступени учащиеся приобретают более углубленные знания путем сообщения новых фактов; изучения новых явлений; уточнения и установления более сложных зависимостей между величинами, применяя более совершенный математический аппарат; осознания теоретиче-
Формирование системы физических знаний
Общеобразовательная средняя школа Высшая школа
Y Y Y
I ступень: 7-8 кл. II ступень: 9-11 кл. III ступень: 1-2 курсы
Y Y Y
• подвести обучаемых • подвести обучаемых к • подвести обучаемых к наиболее уг-
к изучению элементов изучению основных прин- лубленному изучению современных
физических теорий; ципов и теорий современ- физических теорий и физической
• заложить прочное на- ной физики и сформировать картины мира с применением слож-
чало формирования представление о физической ного математического аппарата, при-
диалектического мыш- картине мира; дав обучению профессиональную на-
ления и материалисти- •продолжить формирование правленность;
ческого мировоззре- диалектического мышления • сформировать диалектическое
ния. и материалистического ми- мышление и материалистическое ми-
ровоззрения. ровоззрение.
v J J t
Задача обучения
Рис. 1. Процесс формирования системы физических знаний
16
ских обобщений, позволяющих установить причинные связи между явлениями и классами явлений, а это, в свою очередь, требует определенного порядка в расположении материала. Необходимо, чтобы последовательность перехода от одного вопроса к другому способствовала постановке теоретических проблем и намечала пути к их разрешению в соответствии с современной научной мыслью.
Знакомство учащегося с основными принципами и теориями современной физики - одна из важнейших задач второй ступени курса физики. Нужно, чтобы учащиеся познали метод современного научного исследования и научного мышления, чтобы выработали умения и навыки применения теории для решения конкретно- частных задач.
Рассматривая пути развития теоретической мысли в области физики, физическую теорию в единстве с практикой, учащиеся получают представление о физической картине мира, а также, овладевая суммой теоретических и практических знаний, умений и навыков, выстраивают прочную базу для успешного продолжения обучения в системе профессионального образования в вузе.
Физика как учебный предмет в техническом вузе занимает достойное место в перечне фундаментальных дисциплин. Обучение физике в высшей школе на третьей ступени осуществляется на более высоком уровне, чем обучение физике в средней школе. Общеобразовательный курс физики в высшей школе можно представить себе как новое здание, для строительства которого необходимо использовать материал - систему физических знаний, приобретённых при изучении физики в средней общеобразовательной школе. Курс физики в техническом вузе, включая ряд новых вопросов, не нашедших отражения в школьном курсе физики, содержит и отдельные вопросы, уже знакомые учащимся. На третьей ступени обучения физике в высшей школе данные вопросы обучаемые изучают наиболее углубленно, используя сложные математические приёмы.
Следует отметить, что математика в общеобразовательном курсе физики в вузе занимает значительное место. Математический язык в курсе физики используется как средство выражения законов и следствий из экспериментальных
17
исследований, для теоретического обоснования ряда основных положений. Математическая формула служит для краткой записи соотношения между физическими величинами. Однако обучаемые должны обратить внимание на то, что всякое математическое соотношение имеет реальное физическое содержание, и уметь правильно истолковывать физический смысл каждой формулы.
Обучение физике на третьей ступени в техническом вузе имеет ряд специфических особенностей. Одной из таких особенностей является профессиональная направленность обучения. Профессиональная направленность обучения - необходимый элемент в системе профессионального образования в вузе. Поэтому, изучая основы физических знаний, необходимо придать им профессиональную "окраску", используя на занятиях по физике примеры технического содержания, связанные с будущей профессиональной деятельностью обучаемых.
Включая материал технического содержания в занятия по физике, необходимо его тщательно отбирать. Курс физики не должен быть перегружен материалом, за которым теряется физика. Задача заключается не в том, чтобы рассмотреть как можно больше примеров из техники и производства на занятиях по физике, а в том, чтобы технический материал был в органической связи с изучаемым курсом физики и отвечал требованиям общепрофессиональных и специальных дисциплин.
При изучении основ физики в высшей школе обучаемые не получают знания в готовом виде, постепенно, последовательно формируются физические понятия, раскрываются физические законы, теории, так и технические знания необходимо формировать систематически, постепенно, последовательно.
На наш взгляд, важны не только элементарные технические знания, приобретенные обучаемыми при изучении физики, но и технические умения и навыки. Обучаемый должен не только знать и уметь рассказать о современных достижениях техники, объяснить, какие физические закономерности лежат в основе технического устройства, но и умело обращаться с техническими установками, приборами. |
