Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические основы формирования обобщённых проектных умений студентов инженерного вуза 11
1.1. Анализ состояния проблемы формирования проектных умений у студентов инженерного ВУЗа 11
1.2. Метод проектов как способ формирования обобщённых проектных умений 20
1.3. Применение задач для формирования обобщённых проектных умений у студентов инженерного ВУЗа 34
Выводы по главе 1 49
ГЛАВА 2. Методика формирования обобщённых проектных умений студентов инженерного вуза при обучении физике 51
2.1. Модель формирования обобщённых проектных умений 51
2.2. Этапы формирования обобщённых проектных умений при решении задач 62
2.3. Содержание проектной деятельности студентов 72
Выводы по главе 2 87
Глава 3. Организация опытно–экспериментальной работы и её результаты 88
3.1. Общая характеристика экспериментальной работы 88
3.2. Результаты опытно-экспериментальной работы 94
Выводы по главе 3 112
Заключение 113
Список литературы 115
- Метод проектов как способ формирования обобщённых проектных умений
- Применение задач для формирования обобщённых проектных умений у студентов инженерного ВУЗа
- Этапы формирования обобщённых проектных умений при решении задач
- Результаты опытно-экспериментальной работы
Введение к работе
Актуальность исследования. Проблемой современного этапа развития системы российского высшего технического образования является модернизация подготовки бакалавров и инженеров, готовых адаптироваться к изменяющимся условиям производства, способных самостоятельно ставить и решать профессиональные задачи. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования (ФГОС ВО) предъявляет ряд требований к результатам подготовки инженерных кадров. Согласно ФГОС ВО у выпускника инженерного вуза должны быть сформированы компетенции, среди которых значительное место отводится проектной и проектно-конструкторской деятельности.
Исследования в области дидактики, посвященные вопросам развития проектной деятельности в процессе обучения (Дж. Дьюи, В. Килпатрик, Е. С. Полат, Н. В. Матяш и др.), создали теоретическую базу для проведения прикладных педагогических исследований, в частности, в области теории и методики обучения физике.
Физика занимает особое место в подготовке инженеров. Она служит основой для развития техники и является необходимой для изучения общетехнических и специальных дисциплин. Содержание, средства, методы и формы обучения физике обладают высоким потенциалом для организации проектной деятельности обучающихся. Умение осуществлять проектную деятельность должно формироваться на протяжении всего обучения в вузе, в том числе и при изучении физики.
Анализ научно-методической литературы показал, что вопросам формирования проектных умений при обучении физике посвящено недостаточное количество работ. В качестве средства формирования этих умений предполагалось лишь использование метода проекта в различных видах учебной деятельности. Так, Г. П. Стефанова и В. В. Смирнов для формирования проектных умений студентов предлагают использовать лабораторные работы и физические практикумы; С. И Дворецкий, Н. П. Пучков и Е. П. Алисиевич исследовали возможность повышения эффективности формирования проектных умений при курсовом проектировании; В. В. Ларионов, В. А. Стародубцев применили метод проектов на качественно новом уровне с использованием компьютерно-виртуального сопровождения при проведении физических практикумов; Е. А. Румбешта и Ю. В. Маслова, на основе анализа специфики проектной деятельности, разработали методику формирования проектных умений при организации лабораторных работ студентов технических вузов с использованием электронной образовательной среды. В этих исследованиях раскрываются потенциальные возможности учебного предмета «физика» для формирования проектных умений.
Однако работа в этом направлении требует продолжения в связи с тем, что при современных темпах развития науки и техники у выпускников должны быть сформированы не только проектные умения, но и способ-3
ность переносить приобретенные умения на различные виды профессиональной деятельности. Исходя из этого формирование проектных умений, обладающих свойством широкого переноса, то есть обобщенных проектных умений, должно стать предметом специальных научно-педагогических исследований.
Результаты анализа нормативных документов, научно-методической, психолого-педагогической литературы и практики обучения физике в техническом вузе позволило выявить следующие противоречия и несоответствия:
на научно-педагогическом уровне – между широкими возможностями метода проектов и недостаточной разработкой теоретических основ использования этого метода при обучении в техническом вузе;
на научно-методическом уровне – между дидактическими возможностями метода проектов в процессе обучения физике и недостаточным развитием теории и методики их использования для формирования обобщенных проектных умений студентов технического вуза.
Необходимость разрешения указанных противоречий определяет актуальность исследования и его проблему: как организовать обучение физике в техническом университете, в процессе которого у студентов будут формироваться обобщенные проектные умения? Важность и актуальность рассматриваемой проблемы послужили основанием для выбора темы исследования – «Формирование обобщенных проектных умений студентов инженерного вуза в процессе обучения физике».
Объект исследования: процесс обучения физике в техническом вузе.
Предмет исследования: формирование обобщенных проектных умений при обучении физике.
Цель исследования: разработка, научное обоснование и реализация методики формирования обобщенных проектных умений при обучении физике в техническом вузе.
Гипотеза исследования: Формирование обобщенных проектных умений при обучении физике в техническом университете будет успешным, если:
– в качестве основы для создания и реализации проекта применять учебные задачи на практических занятиях по физике;
– процесс создания и реализации учебного проекта будет включать в себя все этапы профессиональной проектной деятельности инженера;
– проектная деятельность студента будет осуществляться на основе творческой самостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы студентов в коллективных и минигрупповых формах.
В соответствии с поставленной целью и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи исследования:
1. На основе анализа философской, психолого-педагогической и научно-методической литературы определить современное состояние проблемы формирования обобщенных проектных умений и определить пути ее решения при обучении физике.
-
Разработать и научно обосновать модель формирования обобщенных проектных умений в процессе обучения физике; в качестве основы для создания и реализации проекта использовать учебные задачи по физике.
-
Создать комплекс учебных задач, применение которых позволяет их использовать для создания и реализации проектной деятельности.
-
На основе предложенной модели разработать и научно обосновать методику формирования обобщенных проектных умений студентов инженерного вуза при обучении физике.
-
Экспериментально проверить гипотезу исследования и результативность предлагаемой методики при обучении физике в техническом университете.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:
– теоретические: изучение философской, психолого-педагогической, научно-технической, методической и учебной литературы отечественных и зарубежных авторов по теме диссертационного исследования; анализ нормативных документов по модернизации инженерного образования; моделирование процесса обучения физике;
– эмпирические: педагогическое наблюдение деятельности обучающихся в учебном процессе; тестирование; анкетирование; систематизация и обобщение научных фактов; педагогический эксперимент; методы математической статистики для обработки результатов опытно-поисковой работы.
Методологическую основу исследования составляют работы в области развития системы высшего образования (В. В. Краевский, В. А. Сластенин), теории учебной деятельности (В. И. Андреев, В. В. Давыдов), теории педагогических систем (В. П. Беспалько), теории проектной деятельности (Дж. Дьюи, В. Килпатрик, Е. С. Полат, Н. В. Матяш).
Теоретическую основу исследования составляют работы в области
теории и методики обучения физике (С. К. Десненко, П. В. Зуев,
А. П. Усольцев); теории и методики применения информационных техноло
гий в обучении физике (В. В. Ларионов, В. А. Стародубцев,
Е. В. Оспенникова); теории и методики использования проектного обучения
(Е. С. Полат, В. В. Ларионов, Е. А. Румбешта); теории и методики использо
вания задач при обучении физике (Н. С. Пурышева, А. В. Усова,
Г. П. Стефанова, Л. А. Ларченкова); теории и методики постановки учебно
го физического эксперимента (В. В. Майер, Т. Н. Шамало).
Научная новизна результатов исследования:
-
В отличие от ранее проведенных исследований, посвященных использованию метода проектов в профессиональной подготовке, в настоящей работе поставлена и решена задача формирования обобщенных проектных умений на основе использования учебных физических задач в самостоятельной аудиторной и внеаудиторной деятельности студентов.
-
Разработана дидактическая модель формирования обобщенных проектных умений на основе идей концепции CDIO (conceive – design – implement – operate), состоящая из целевого, содержательного, процессуального и
диагностического блоков. В разработанной модели отражены основные этапы учебной проектной деятельности, соответствующие этапам профессиональной деятельности инженера.
3. Разработана и научно обоснована методика формирования обобщенных проектных умений (комплекс учебных задач по физике, на основе которых может быть организована проектная деятельность обучающихся; формы организации проектной деятельности; методы активизации творческой деятельности обучающихся; средства и методы промежуточного и итогового контроля результатов проектной деятельности), результативность которой доказана в процессе постановки педагогического эксперимента.
Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:
-
Введено понятие проектного потенциала задачи, который означает возможность использования содержания учебной физической задачи для создания учебных проектов, оцениваемую числом проектов, созданных на основе этой задачи.
-
Предложена и обоснована новая функция учебных физических задач в учебном процессе – использование учебных физических задач для создания и реализации учебных проектов.
-
Предложена система принципов формирования обобщенных проектных умений, среди которых – принцип вариативности, принцип соответствия учебной проектной деятельности профессиональной проектной деятельности, принцип паритетности, принцип результативности.
Практическая значимость исследования заключается в том, что теоретические положения доведены до уровня практического применения, разработаны и внедрены в учебный процесс:
-
Методическое обеспечение самостоятельной работы студентов ТПУ по основным разделам курса общей физики.
-
Методические рекомендации для преподавателей, осуществляющих руководство самостоятельной работой студентов и реализующих обучение на уровне совместной проектной деятельности в учебном процессе в Физико-техническом институте ТПУ.
На защиту выносятся следующие положения:
-
В условиях современного развития техники и технологий подготовка инженера должна обеспечить его готовность к быстрой адаптации к изменяющимся условиям производства, что требует наличия обобщенных умений. В профессиональной деятельности инженера значительное место занимает проектная деятельность, в связи с этим при его подготовке важное место должно быть отведено обобщенным проектным умениям, которые следует формировать на протяжении всего обучения. Поскольку физика является основой для развития техники и изучается в инженерных вузах с первого курса, то эта дисциплина предоставляет широкие возможности для организации проектной деятельности обучающихся.
-
Физические задачи являются одним из основных методов обучения физике, которые кроме основных своих функций, могут быть использованы
в качестве основы для организации проектной деятельности обучающихся. Анализ и модификация условия специально отобранной учебной задачи позволяет сформулировать проблему, которая может быть решена в результате проектной деятельности. Разработанная методика организации проектной деятельности, использование которой обеспечит формирование обобщенных проектных умений, предполагает сочетание аудиторной и внеаудиторной самостоятельной творческой работы студентов в минигрупповой и коллективной деятельности.
-
Процесс формирования обобщенных проектных умений должен содержать этапы учебной проектной деятельности, соответствующие этапам выполнения проекта в профессиональной деятельности инженера: постановка проблемы, формирование гипотезы, составление плана реализации проекта, пооперационная реализация проекта, анализ полученных результатов и возможности их внедрения, защита проекта.
-
Применение разработанной методики обеспечивает формирование обобщенных проектных умений (ставить проблему, формировать гипотезу, составлять план реализации проекта, пооперационно реализовывать проект, анализировать полученные результаты и возможности их внедрения, защищать проект), которые будут использоваться и развиваться при изучении профессиональных дисциплин. Диагностика сформированности обобщенных проектных умений осуществлялась по результатам проведенной самооценки студентов и оценки преподавателя.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в ходе опытно-экспериментальной работы на базе Физико-технического института, Института физики высоких технологий, Института природных ресурсов Томского политехнического университета.
Основные теоретические положения и результаты исследования обсуждались на международных научно-методических и научно-практических конференциях: «Физико-математическое и технологическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, 2015); «Формирование инженерного мышления в процессе обучения» (Екатеринбург, 2015); «Подготовка молодежи к инновационной деятельности в процессе обучения физике, математике, информатики» (Екатеринбург, 2014); «Уровневая подготовка специалистов: электронное обучение и открытые образовательные ресурсы» (Томск, 2014); «Преподавание естественных наук (биологии, физики, химии), математики и информатики в вузе и школе» (Томск, 2014, 2013); «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике» (Санкт-Петербург, 2013); и всероссийских научно-методических и научно-практических конференциях: «Формирование инженерного мышления в процессе обучения» (Екатеринбург, 2016); «Преподавание естественных наук (биологии, физики, химии), математики и информатики в вузе и школе» (Томск, 2011).
Обоснованность и достоверность исследования обеспечиваются использованием методов, соответствующих цели и задачам исследования, про-7
ведением педагогического эксперимента в тщательно контролируемых условиях, воспроизводимостью результатов педагогического эксперимента и всесторонним их качественным анализом; использованием адекватных методов математической статистики для количественной оценки результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, и библиографического списка.
Метод проектов как способ формирования обобщённых проектных умений
Современное общество характеризуется быстрым развитием техники и технологий. В связи с этим возникает острая потребность в высококвалифицированных конкурентоспособных инженерах в различных областях (машиностроение, энергетика, электроника, строительство и др.), способных быстро адаптироваться к изменяющимся условиям. Как указано в ФГОС ВО, современный выпускник инженерного ВУЗа должен быть подготовленным к проектной, технологической, научно-исследовательской деятельности, которая осуществляется в условиях непрерывного обновления техники и технологий.
Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС ВО) предъявляет ряд требований к результатам реализации основных профессиональных образовательных программ. Согласно ФГОС ВО у выпускника должны быть сформированы общепрофессиональные и профессиональные компетенции, среди которых, в частности, компетенции в области проектной и проектно-конструкторской деятельности. Перечислим некоторые из них.
Выпускник должен обладать профессиональными компетенциями (на примере направления подготовки 15.03.01 «Машиностроение»): – «умением учитывать технические и эксплуатационные парамет ры деталей и узлов изделий машиностроения при их проектировании (ПК – 5); – умением использовать стандартные средства автоматизации про ектирования при проектировании деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями (ПК – 6); – способностью оформлять законченные проектно конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК – 7); – умением проводить предварительное технико-экономическое обоснование (ПК – 8); – умением проводить патентные исследования с целью обеспече ния патентной чистоты новых проектных решений и их патентоспособности с определением показателей технического уровня проектируемых изделий (ПК – 9)» [189].
Подобные компетенции указаны и во ФГОС ВО направлений 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 14.03.02 «Ядерные физика и технологии» и др. Они отражают необходимость формирования проектных умений будущих инженеров. Описание представленных компетенций, необходимых для успешной проектной деятельности инженера, отличается формулировкой, отражающей лишь их некоторую специфику, но при этом сохраняется общая инвариантная методологическая база. Исходя из этого, вполне логичным было бы так строить обучение физике, чтобы в этом процессе формировались проектные умения, необходимые любому инженеру. Эти умения, безусловно, должны иметь обобщённый характер, независящий от содержательной специфики проекта.
Наше исследование мы посвятили формированию проектных умений в процессе обучения физике. Это, прежде всего, объясняется тем, что проектирование технических объектов и условий их эксплуатации – быстро развивающийся вид инженерной деятельности. Поскольку методы, средства и формы решения проектных задач постоянно совершенствуются, должна совершенствоваться и методика подготовки современных инженеров. Физика занимает ведущее место среди дисциплин, изучаемых в инженерных вузах, и предоставляет широкие возможности для организации проектной деятельности обучающихся. Это обусловлено методами и средствами, используемыми при обучении физике.
В литературе представлены результаты различных исследований, посвященных формированию проектных умений и развитию проектной деятельности. Проанализируем их основные положения.
Основой для формирования проектных умений являются работы американского педагога Дж. Дьюи. Предложенный им метод заключается в том, что обучение осуществляется в процессе решения жизненных задач, важных и интересных для обучающихся. Для их решения обучающимся необходимо практическое применение имеющихся знаний и приобретение новых. Результатом решения таких задач является умение самостоятельно искать информацию, необходимую для решения конкретной задачи. Он отмечает, что учащийся, осознавая важность знаний, умений и владений, которые предусмотрены учебной программой, должен быть заинтересован в их усвоении. Дж. Дьюи показал, что прочно усваивается то, что познается посредством деятельности, требует познавательных усилий и находит применение в жизни.
Деятельностный подход в образовании базируется на общепсихологической теории деятельности, авторами которой являются С.Л. Рубинштейн и А.Н. Леонтьев. В основе теории лежит принцип единства сознания и деятельности, который ввел С.Л. Рубинштейн в 30-е годы XX века [154, с. 31]. Этот принцип базируется на единстве сознания и бытия (действительности). Согласно этому принципу, деятельность субъекта определяет его сущность (сознание). Сознание и формируется, и проявляется в деятельности [154, с. 30].
Применение задач для формирования обобщённых проектных умений у студентов инженерного ВУЗа
Согласно принципу результативности учебный процесс должен строиться так, чтобы деятельность по выполнению проекта на каждом этапе обеспечивала конечный фиксированный результат. При осуществлении учебной проектной деятельности каждое действие студентов ориентировано на получение результата, имеющего практическую значимость. Для получения значимого результата необходимо качественное выполнение всех действий. Каждое действие может быть осуществлено после получения результата предшествующих действий и этапов. Это способствует формированию ответственности за выполнение начатого проекта. Целенаправленность действий и ответственность за их выполнение являются важными качествами, которые быть присущи инженерам.
Содержание образовательной деятельности, направленной на формирование проектных умений, в разработанной модели представлено комплексом учебных задач по физике, на основе которых может быть организована проектная деятельность студентов. К условиям этих задач выдвигается ряд требований. Одно из них заключается в следующем: изменение параметров задачи может существенно изменить её условие. Выполнение этого требования позволяет создавать на основе задачи большое количество других задач путём изменения параметров и/или постановки новых вопросов к задаче. Ещё одно требование заключается в том, что решение задачи предполагает использование внутри- и внешпредметных связей. Это значительно расширяет круг задач, которые могут быть созданы на основе исходной задачи. Следующее требование заключается в воспроизводимости явлений и процессов, описываемых в условии задачи, в условиях учебной лаборатории. Выполнение этого требования необходимо для успешной реализации практической части проекта (выбор условий и материальных ресурсов для реализации проекта, осуществление действий по практической реализации проекта). Основными средствами, используемыми при осуществлении проектной деятельности, являются источники информации (учебная и справочная литература, средства и сервисы сети Internet), оборудование (лабораторное, учебное, бытовое), программное обеспечение, используемое при создании компьютерных презентаций, моделей, схем, проведении расчетов.
Процессуальный блок содержит формы, методы и этапы учебной проектной деятельности. В разработанной модели подразумевается использование разных форм организации учебной проектной деятельности: коллективная, мини-групповая и индивидуальная работа студентов, лабораторные и практические занятия по решению задач. Реализация коллективной формы организации учебной проектной деятельности осуществляется совместными обсуждениями, дискуссиями при выполнении следующих этапов создания и выполнения проекта: постановка проблемы, формирование гипотезы, защита проекта. Деятельность студентов по выполнению остальных этапов создания и реализации проекта осуществляется в мини-группах. Формирование мини-групп, как было отмечено выше, осуществляется с учётом пожеланий и личностных качеств студентов. Благодаря этому в составе мини-групп всегда присутствуют студенты, способные к теоретической и практической деятельности, которые берут на себя роль лидеров мини-группы.
В модели представлены методы активации творческой деятельности обучающихся (проблемный метод, мозговой штурм, дискуссии и др.), применяемые преимущественно на этапах постановки проблемы и формирования гипотезы. Эти методы направлены на коллективное создание наибольшего количества идей, из которых, впоследствии, отбираются более продуктивные. Дискуссия отличается от мозгового штурма тем, что в дискуссии, как правило, у участников уже сформирована точка зрения, тогда как во время мозгового штурма могут рождаться новые идеи.
Этапы учебной проектной деятельности, в рамках практико-ориентированного подхода, представлены деятельностью студентов и преподавателя в процессе создания и реализации проекта. Эта деятельность нацелена на формирование проектных умений и заключается в постановке проблемы, переформулировании учебной физической задачи, формулировании гипотезы, составлении плана реализации проекта, выполнении этого плана, защите созданного проекта и обсуждении возможности внедрения его результатов. В процессе осуществления студентами этой деятельности преподаватель предоставляет обучающимся консультации, в том числе и с помощью средств и сервисов сети Интернет.
Диагностический блок посвящён контрольно-оценочной деятельности в процессе формирования обобщённых проектных умений и содержит два компонента – промежуточный и итоговый контроль.
Промежуточный контроль учебной проектной деятельности обучающихся осуществляется с целью контролирования процесса, что позволяет своевременно корректировать учебную проектную деятельность. При осуществлении промежуточного контроля используется педагогическое наблюдение, само- и взаимооценка обучающихся. При этом контролируется своевременность выполнения этапов и качество выполненной работы.
Целью итогового контроля является итоговая оценка проектной деятельности и сформированности обобщенных проектных умений. Этот вид контроля осуществляется на этапе защиты проекта. Обучающиеся должны представить отчёт о проделанной работе, техническую документацию, подготовить доклад и компьютерную презентацию. Научный руководитель должен представить отзыв, в котором отражается самостоятельность студента и его личностные качества.
Этапы формирования обобщённых проектных умений при решении задач
С этой целью студенты скатывали шар с нулевой начальной скоростью с высоты H и замеряли высоту отскока шара от бруска h. Затем студенты поворачивали шар на 900, изменяя тем самым направление волокон древесины.
Анализ полученных результатов показал, что предложенная установка позволяет изучить упругие свойства древесины при изменении высоты наклонной плоскости, при изменении угла наклона плоскости и разных комбинациях этих параметров. Для изучения свойств древесины можно использовать изотропные шары разных размеров и массы.
При защите проекта студентами была представлена установка для изучения упругих свойств древесины и графики зависимости величины отскока шара от угла направления волокон древесины. На рисунке 2.7 представлены экспериментальные кривые зависимости величины отскока шара от угла направления волокон древесины. В представленной сери эксперимента стальной шар скатывался с высоты 30 см. Отметим, что для более детального изучения упругих свойств древесины следует провести ряд экспериментов, в которых шар будет скатываться с разных высот.
Во время защиты проекта студенты ответили на ряд вопросов, связанных с принципом работы установки и назвали трудности, возникшие в ходе выполнения проекта. Студентами также был отмечен тот факт, что при ударе древесина уплотняется, поэтому следует своевременно менять образцы на аналогичные. Результатом проектной работы является сконструированный прибор и его методическое описание. Прибор готов к эксплуатации в учебных лабораториях.
4. Задача из раздела «Электричество и магнетизм»: В однородном магнитном поле с индукцией В = 1 Тл находится прямой провод длиной l = 20 см, концы которого замкнуты вне поля. Сопротивление R всей цепи равно 0,1 Ом. Найти силу F, которую нужно приложить к проводу, чтобы перемещать его перпендикулярно линиям индукции со скоростью и = 2,5 м/с.
В результате анализа решения предложенной задачи студенты внести изменение в условие задачи с целью практического применения результатов решения измененной задачи: С какой силой действует на стальной стержень катушка, содержащая N витков, если по ней пропустить ток силой I? Таким образом появилась идея создания прибора «электромагнитные весы».
На этапе постановки проблемы обучающимися были поставлены следующие вопросы. Как катушка воздействует на стальной стержень? Как катушка с током воздействует на другие металлические предметы? Как посчитать силу, с которой катушка притягивает предметы? Как можно увеличить силу, с которой катушка будет притягивать металлические предметы? В ходе обсуждений представленных вопросов студентами была обозначена проблема: как создать прибор для измерения массы тел, используя катушку с током?
На этапе формулирования гипотезы студенты предложили использовать электромагнит и сформулировали гипотезу: если на чаше весов укрепить ферромагнитный (стальной) стержень, который будет притягиваться электромагнитом, то, зная силу тока, пропущенного по обмотке электромагнита, можем определить силу, с которой чаша весов будет притягиваться к электромагниту. Это позволит использовать прибор для измерения массы тел. На этапе составления плана реализации проекта студентами были выбраны следующие приборы, материалы и условия для создания установки: батарея аккумуляторов на 3 В, катушка с 500 витками, стержень из железа длинной 8 см, чаши весов (пластмассовые тарелки) деревянный корпус, расстояние от катушки до болта 0,8 см, радиус стержня 0,5 см. Действия студентов по созданию прибора: в одну из чаш вкрутить стальной болт, на деревянном корпусе укрепить чаши весов, установить под чашей с болтом электромагнит (катушку с сердечником), подключить источник питания к электромагниту.
Действия студентов на этапе реализации проекта соответствовали действиям, перечисленным на предыдущем этапе. В результате этих действий был создан прибор, в котором при замыкании цепи на катушку, состоящую из железного стержня и медной обмотки, подавался ток напряжением 3В от батареи аккумуляторов, в результате чего создавалось магнитное поле. Электромагнит притягивал стержень (болт), установленный на весах. Изменяя сопротивление реостата (соответственно ток катушки), можно менять силу тяги электромагнита до тех пор, пока не будет найдена точка отрыва весов. В свою очередь, на реостате закреплена стрелка, показания которой отградуированы по весу тела. Схема установки «Электромагнитные весы» представлена на рис. 2.8.
Также студенты проводят теоретические расчеты подъемной силы электромагнита: Плотность энергии w любого вида измеряется в джоулях, деленных на кубический метр. Заметим, что Дж/м3 = Н/м2 = Па – единица давления. Именно величина w и есть давление торца сердечника и подвижной части электромагнита, которая передаёт усилие (в нашем случае – стальной болтик).
Результаты опытно-экспериментальной работы
Результаты самооценки студентов в сравнении с оценкой проектной деятельности, выставленной преподавателем после проведения формирующего этапа педагогического эксперимента, представлены в таблице 3.5.
Из таблицы 3.5 видно, что результаты самооценки студентов в ряде случаев отличаются от оценки, выставленной преподавателем.
С целью проверки достоверности результатов самооценивания студентов мы оценили тесноту связи между результати самооценки студентов и оценки преподавателей. Для этого нами был использован коэффициент ранговой корреляции Спирмена – r [166]. Данный показатель позволяет установить наличие прямой (r = 1) или обратной (r = –1) зависимости между рассматриваемыми величинами – оценкой преподавателя и самооценкой студентов. Для расчёта коэффициента корреляции необходимо выбрать критерии и присвоить им соответствующие ранги. В качестве критериев расчёта были выбраны проектные умения, каждому из которых был присвоен соответствующий ранг d по возрастанию количества студентов, у которых это умение сформировано.
Формулировать проблему 1 5 16 Генерировать идею 2 4 4 Вербализовать идею в форме гипотезы 4 2 4 Критически оценивать гипотезу 5 3 4 Выделять условия реализации проекта 15 10 25 Соотносить эти условия с имеющимися ресурсами 13 12 1 Определять методы реализации проекта 8 9 1 Составлять алгоритм действий 17 14 9 Осуществлять действия алгоритма 18 17 1 Осуществлять оценку результатов каждого действия 12 16 16 Оценивать конструктивность гипотезы 7 6 1 Оценивать полученные результаты деятельности 6 11 25 Прогнозировать возможности применения 9 7 4 Аргументировать свою точку зрения 14 13 1 Логично излагать результаты проектирования 11 15 16 Осуществлять презентацию 16 18 4 Вести дискуссию 10 8 4 102
Полученное значение r = 0,88 близко к 1, это говорит о том, что корреляция между самооценкой студентов и оценкой преподавателя статистически значима и является прямой. Это может свидетельствовать об адекватности самооценивания, проведенного студентами.
На основании данных, полученных в результате самооценки студентов и оценивания преподавателями, был проведен анализ сформированности обобщённых проектных умений студентов. В рамках нашего исследования обобщённое проектное умение на данном этапе обучения считалось сформированным, если сформированы все проектные умения, входящие в состав обобщённого проектного умения. Опираясь на оценку, выставленную преподавателем, мы проанализировали сформированность обобщённых проектных умений обучающихся. Мы полагаем, что выполнение действий, соответствующих обобщённому проектному умению, включает в себя выполнение действий, соответствующих всем проектным умениям, которые являются составной частью обобщённого проектного умения. Анализ сформированности обобщённых проектных умений проводился следующим образом: из группы проектных умений, соответствующих обобщённому проектному умению, мы выбирали проектное умение, сформированное у меньшего количества студентов. Предполагая, что остальные проектные умения из этой группы также сформированы, мы можем судить о сформированности обобщённого проектного умения.
Анализ сформированности обобщённых проектных умений показывает, что обобщённое умение «Пооперационно реализовывать проект» сформировано у большинства студентов (76,1 %). Обобщённое умение «Защищать проект» сформировано почти у половины студентов (54,0 %). Отметим, что проектное умение «Осуществлять презентацию», входящее в состав данного обобщённого умения сформировано почти у всех обучающихся (89,8 %). В тоже время умения «Вести дискуссию» и «Аргументировать свою точку зре 103 ния» сформированы соответственно у 54,0 % и 70,5 % обучающихся.
Проектные умения Количествостудентов,у которыхсформир.умение, % Обобщённые проектные умения Количествостудентов, укоторыхсформир.обобщённоеумение, % Выявлять противоречие 30,1 Ставить проблему 30,1 Формулировать проблему 42,0 Генерировать идею 38,6 Формулировать гипотезу 31,3 Вербализовать идею в форме гипотезы 31,3 Критически оценивать гипотезу 34,7 Выделять условия реализации проекта 59,1 Составлять план реализации проекта 56,3 Соотносить эти условия с имеющимися ресурсами 68,8 Определять методы реализации проекта 56,3 Составлять алгоритм действий 73,9 Осуществлять действия, предусмотренные алгоритмом 80,7 Пооперационнореализовыватьпроект 76,1 Осуществлять оценку результатов каждого действия 76,1 Оценивать конструктивность гипотезы 46,0 Анализировать результаты и возможности их применения 46,0 Оценивать полученные результаты 63,1 Прогнозировать возможности применения результатов 50,6 Аргументировать свою точку зрения 70,5 Защищать проект 54,0 Логично излагать результаты проектирования 74,4 Осуществлять презентацию 89,8 Вести дискуссию 54,0 104
Это может свидетельствовать о том, что умения формируются в процессе всего обучения. Осуществлять презентацию выполненной работы студенты учатся не только во время работы над проектом, но и в период предшествующего обучения в школе. В то время как формированию умений «Вести дискуссию» и «Аргументировать свою точку зрения» не уделяется должного внимания. Это же касается и умений «Генерировать идею», «Вербализовать идею в форме гипотезы» и «Критически оценивать гипотезу».
Для статистической обработки результатов педагогического эксперимента нами был применён G-критерий знаков [166]. С помощью данного критерия можно установить, в какую сторону в экспериментальной выборке произошло смещение. При сравнении значений из двух выборок (в начале семестра и после проведения формирующего этапа педагогического эксперимента) определялся сдвиг – разность между вторым и первым значением. Принимая во внимание знак сдвига, определялись типичный и нетипичный сдвиги. В таблице 3.8 приведен расчет сдвигов, проведенный на основании результатов самооценки студентов в начале семестра и после проведения формирующего этапа педагогического эксперимента.
Из таблицы видно, что количество «положительных» и «отрицательных» сдвигов различно для разных проектных умений. Однако типичными являются «положительные» сдвиги. В связи с этим качестве нулевой гипотезы H0 принимается утверждение: увеличение числа студентов, у которых сформировано данное проектное умение, является случайным и не зависит от статистически значимых факторов. В качестве альтернативной гипотезы H1 принимается утверждение: увеличение числа студентов, у которых сформировано данное проектное умение, является не случайным и зависит от статистически значимых факторов.