Формирование развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза Ряхова Анна Григорьевна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Теоретические основы формирования развивающихся знаний студентов технического вуза 15

1.1 Состояние проблемы формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза в педагогической теории и практике 15

1.2 Проектирование и проведение занятий на основе оценки результата обучения с использованием таксономии мыслительных процессов 35

Выводы по первой главе 50

Глава 2. Методика формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на лабораторных занятиях по курсу общей физики на основе метода погружения 53

2.1 Модель формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза 53

2.2 Комплекс педагогических условий эффективной реализации модели формирования развивающихся физических знаний 73

2.3 Основные этапы формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза 94

2.4 Критерии эффективности модели формирования развивающихся знаний студентов технического вуза 102

Выводы по второй главе 105

Глава 3. Экспериментальная работа по апробации методики формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на лабораторных занятиях по курсу общей физики на основе метода погружения 108

3.1 Цель, задачи и этапы экспериментальной работы 108

3.2 Результаты экспериментальной работы по формированию развивающихся физических знаний студентов технического вуза 140

Выводы по третьей главе 151

Заключение 153

Библиографический список 157

Приложения 178

• Состояние проблемы формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза в педагогической теории и практике
• Модель формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза
• Основные этапы формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза
• Результаты экспериментальной работы по формированию развивающихся физических знаний студентов технического вуза

Введение к работе

Актуальность исследования. Интенсивное развитие современных технологий в России и мире предполагает непрерывное совершенствование всех сфер жизни, в том числе образования, поскольку влечет за собой потребность в высококвалифицированных специалистах. В послании к Федеральному собранию Президент России подчеркивает необходимость популяризации инженерных специальностей в связи с запуском масштабной системной программы развития экономики нового, технологического поколения, продуктивность работы которой опирается на передовые исследовательские и инжиниринговые центры.

Трудности, возникающие при обучении студентов курсу общей физики,
негативно влияют на усвоение ими знаний, формирование умений и базовых
компетенций будущих инженеров. Исследователи Л. Б. Анискина,

Н. А. Гринченко, Г. В. Ерофеева, Е. А. Склярова и др. в качестве наиболее острых проблем отмечают недостаточную сформированность базовых знаний студентов по физике и математике, необходимость повышения качества обучения, отсутствие профессиональной направленности обучения и пр. В связи с ориентированностью Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (далее – ФГОС ВО) и профессионального стандарта инженера на результативность обучения актуальными задачами становятся: выбор целей и задач обучения, повышение эффективности учебной деятельности студентов, разработка оптимальных инструментов для оценивания результатов обучения.

В процессе поиска новых средств в обучении физике выполнен анализ: ме
тодологии педагогического исследования (А. А. Гилёв, Н. Н. Короткова,
С. В. Пивнева, Н. С. Пурышева, Г. А. Мустафина, Г. А. Рахманкулова и др.), мето
дов обучения (И. М. Агибова, О. Н. Третьякова, О. В. Федина), вводимых пропе
девтических курсов общей физики (М. В. Потапова, Л. Н. Фролова,
Н. В. Шабунина), профессионально ориентированных технологий обучения бу
дущих инженеров (М. Д. Даммер, Н. В. Зубова), механизмов оценки результатов
обучения (А. Ф. Ан, В. М. Соколов, С. И. Толчина), психолого-педагогических
теорий формирования знаний (У. Т. Журманова, Ж. А. Караев, Б. Б. Торсыкбаева).

Однако вследствие постоянного увеличения скорости и объема информационного потока возникает проблема оценки содержания информации и выделения из нее таких знаний, которые позволяют человеку развивать свои способности к овладению способами получения новых знаний, умения выстраивать цепочку своих действий, оценивать степень освоенности знаний. Появляется новая характеристика знаний – функциональность. Таким образом, можем говорить о характере знаний в условиях постоянного развития их смысла, о достаточности их в описании явлений, области применения, о перспективах дальнейшего постоянного развития содержания и других характеристик знания (развивающиеся знания). Проблема формирования развивающихся знаний заключается не только в изучении отдельно взятых физических явлений, но и в освоении самого процесса постоянного дополнения содержания изучаемых явлений и развития знаний через понимание механизма к более широкому пони-

манию природы и техники. Следовательно, в характеристику предметных знаний включаем постоянное изменение функциональных знаний.

Актуальность исследования обусловлена важностью проблемы формирования развивающихся знаний и повышения эффективности учебной деятельности студентов на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза. Именно лабораторный практикум открывает широкие возможности для реализации единства интеллектуальной и практической деятельности, что обеспечивает развитие знаний, умений, формирование общепрофессиональных и профессиональных компетенций.

Анализ нормативно-правовых документов, психолого-педагогической литературы способствовал определению степени разработанности проблемы исследования и выделению противоречий на различных уровнях:

социально-педагогическом – между потребностью современного российского общества в высокообразованных компетентных специалистах технического профиля, способных к решению нестандартных задач, стремящихся к постоянному саморазвитию, и недостаточной ориентированностью традиционной системы образования в технических вузах на формирование развивающихся знаний;

научно-теоретическом – между необходимостью формирования развивающихся знаний у обучающихся технических вузов и недостаточной разработанностью теоретических основ реализации этого процесса;

технологическом – между требованиями ФГОС ВО, профессионального стандарта инженера к результатам обучения и недостаточной разработанностью технологий и дидактического обеспечения процесса формирования развивающихся знаний, оптимальных инструментов их оценивания.

Учет выявленных противоречий и выбранного направления работы позволил сформулировать научную задачу, заключающуюся в обосновании теоретических и методических аспектов формирования развивающихся знаний студентов на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза. Таким образом, была определена тема исследования: «Формирование развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза».

Цель исследования – теоретико-экспериментальное обоснование, разработка и апробация методики формирования развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза.

Объект – процесс формирования развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза.

Предмет – метод погружения как средство формирования развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза.

Гипотеза исследования: процесс формирования развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза будет успешным, если:

– в его основу положены системный, деятельностный, задачный подходы, позволяющие активизировать познавательную деятельность обучающихся, повысить эффективность учебной деятельности студентов на лабораторных занятиях и обеспечивающие формирование развивающихся физических знаний;

– спроектирована и реализуется структурно-функциональная модель формирования развивающихся знаний студентов технического вуза, которая состоит из блоков: целевого, методологического, мотивационного, содержательно-организационного, диагностического, и характеризуется свойствами открытости, гибкости, практико-ориентированности; основывается на принципах системности, иерархичности, развития;

– ядром содержательно-организационного блока модели является мето
дика формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на ла
бораторных занятиях по курсу общей физики методом погружения, включаю
щая следующие этапы: I этап – информационно-рецептивный (для преподава
теля) и репродуктивно-ознакомительной деятельности (для студентов); II этап –
проблемно-конструирующий (для преподавателя) и продуктив-

ной/эвристической деятельности (для студентов); III этап – рефлексивно-оценочный (для преподавателя) и рефлексивной деятельности (для студентов);

- реализовать комплекс педагогических условий результативного функционирования модели (применение системы разнофункциональных задач и логических структур с выделенными учебными элементами и смысловым содержанием дидактических единиц).

Сформулированные цель, объект, предмет, гипотеза определяют постановку и решение следующих задач исследования:

1. Проанализировать состояние проблемы формирования развивающихся знаний на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза в педагогической теории и практике.

2. Определить теоретико-методологическую основу совершенствования методов обучения курсу общей физики.

3. Спроектировать модель формирования развивающихся знаний студентов технического вуза, которая реализуется на лабораторных занятиях методом погружения.

4. На основе модели разработать и экспериментально проверить эффективность методики формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на лабораторных занятиях по курсу общей физики методом погружения, реализуемой в три этапа.

5. Определить и экспериментально проверить комплекс педагогических условий результативного функционирования модели формирования развивающихся знаний.

6. Разработать методическое обеспечение, направленное на формирование развивающихся знаний у студентов технического вуза на лабораторных занятиях по курсу общей физики.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют научные труды, посвященные: проблемам совершенствования учебного процесса в техническом вузе (Л. Б. Анискина, Г. В. Ерофеева, Ю. Ю. Крючкова и др.); проблеме разработки оптимальных инструментов оценивания результатов обучения (А. Ф. Ан, В. М. Соколов, С. И. Толчина и др.); теории развивающего обучения (В. В. Давыдов); теории полного усвоения знаний (Л. Андерсон,

Б. Блум, Д. Кратволь); методике погружения (Р. М. Грановская, Г. К. Лозанова, А. В. Хуторской, М. П. Щетинин); системному подходу в организации педагогического процесса (Е. В. Яковлев, Н. О. Яковлева и др.); деятельностному подходу в психологии (Л. С. Выготский, А. Н. Леонтьев, С. Л. Рубинштейн); задачному подходу (Е. В Ермакова, Н. В. Зубова, Н. Ф. Косарев); личностно ориентированному подходу (Л. В. Трубайчук, Н. Н. Тулькибаева); подходу к определениям понятий «усвоение», «уровень усвоения» (В. В. Давыдов, И. Я. Зимняя, В. А. Крутецкий, Н. Д. Левитанов); принципу диагностичной целенаправленности (В. П. Беспалько); опыту педагогов-практиков по использованию техник и методик, разработанных на основе теории полного усвоения знаний Б. Блума (И. О. Загашев, Л. С. Илюшин).

Для проверки гипотезы и решения поставленных задач применялись следующие методы исследования:

теоретические: анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы по проблеме исследования; теоретическое обобщение передового педагогического опыта в аспекте исследуемого вопроса (кафедра физики ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационно-технический университет» (УГАТУ); кафедра общенаучных дисциплин ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (филиал УГНТУ в г. Салават), физико-технический институт ФГБОУ ВО «Башкирский государственный университет» (БашГУ)); анализ личного опыта практической работы в техническом вузе;

эмпирические: беседы с преподавателями и студентами, анкетирование, тестирование, письменный опрос студентов; наблюдение за ходом учебного процесса; анализ выполнения заданий обучающимися; осуществление констатирующего и формирующего видов эксперимента; сбор статистической информации; статистическая обработка результатов экспериментальной работы (критерий _х²\

Экспериментальной базой исследования послужили: кафедра физики УГАТУ (формирующий эксперимент); кафедра общенаучных дисциплин УГНТУ (г. Салават) и физико-технический институт БашГУ (констатирующий эксперимент и внедрение результатов исследования). Всего в формирующем эксперименте приняли участие 142 студента первого и второго курсов.

Основные этапы исследования. Экспериментальная работа проводилась с 2013 по 2018 гг. и включала три этапа.

Первый этап (2013-2014 уч. г.) посвящен изучению, обобщению и систематизации теоретического материала по проблеме исследования; разработке теоретической и методологической основы исследования; определению базы для проведения экспериментальной работы; осуществлению констатирующего эксперимента.

Второй этап (2014-2015, 2015-2016 уч. гг.) посвящен разработке модели и педагогических условий формирования развивающихся знаний студентов технического вуза, поиску средств совершенствования знаний, включающих метод погружения; подготовке дидактического материала, реализующего разработанную методику; осуществлению формирующего эксперимента.

Третий этап (2016-2017 уч. г., 2018 г.) посвящен статистической обработке, анализу, обобщению полученных данных; (2018 год) формулированию выводов исследования; внедрению методики формирования развивающихся знаний в работу кафедры физики УГАТУ, кафедры общенаучных дисциплин УГНТУ (г. Салават), физико-технического института БашГУ.

Научная новизна исследования состоит в том, что:

1. определена теоретико-методическая основа исследования проблемы формирования развивающихся знаний студентов технического вуза средствами метода погружения (сочетание системного, деятельностного, задачного подходов), обеспечивающая достижение цели исследования;

2. спроектирована структурно-функциональная модель формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на лабораторных занятиях по курсу общей физики, включающая блоки: целевой, методологический, мотиваци-онный, содержательно-организационный, диагностический; характеризующаяся основными свойствами открытости, гибкости, практико-ориентированности;

3. разработана и экспериментально проверена методика формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на лабораторных занятиях по курсу общей физики на основе метода погружения, включающая следующие этапы: I этап – информационно-рецептивный (для преподавателя) и репродуктивно-ознакомительной деятельности (для студентов); II этап – проблемно-конструирующий (для преподавателя) и продуктивной/эвристической деятельности (для студентов); III этап – рефлексивно-оценочный (для преподавателя) и рефлексивной деятельности (для студентов);

4. определен комплекс педагогических условий, влияющий на эффективность процесса формирования развивающихся знаний студентов технического вуза: а) использование системы разнофункциональных задач на определенных этапах лабораторного занятия по курсу общей физики, б) опора на логические структуры с выделенными учебными элементами и смысловым содержанием дидактических единиц.

Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:

5. выявлены этапы становления исследуемой проблемы (с начала 20 века по настоящее время);

6. уточнены понятия «развивающиеся знания», «функциональные знания»;

7. определены понятия «функциональность знаний», «формирование развивающихся физических знаний студентов технического вуза», «метод погружения на лабораторных занятиях», «разнофункциональные задачи» за счет введения обнаруженного существенного признака функциональности процесса, осуществляющего постоянные изменения содержания действий;

8. сформулированы уровни сформированности развивающихся физических знаний (применение, рефлексия, самоэкспертиза).

Практическая значимость исследования заключается в:

1) проектировании и внедрении модели формирования развивающихся знаний студентов технического вуза и комплекса педагогических условий ее результативного функционирования на занятиях лабораторного практикума;

2. разработке методики формирования развивающихся знаний студентов технического вуза на основе метода погружения на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза;

3. определении алгоритма взаимодействия преподавателя и студента на лабораторном занятии;

4. выявлении критериев (мотивационный, когнитивный, субъектный), показателей (степень активности студента, уровень усвоения физических знаний, дисциплинированность и ответственность) и уровней (низкий, средний, достаточный, высокий) сформированности развивающихся физических знаний студентов технического вуза;

5. разработке и публикации методических пособий к лабораторным работам по курсу общей физики;

6. разработке и публикации методических рекомендаций по использованию метода погружения на лабораторных занятиях.

На защиту выносится:

1. Определение понятий:

развивающиеся знания – знания, которые предполагают достижение их полного объема в результате движения от осмысления незнания к их пониманию и применению, далее – к рефлексии и от нее к самоэкспертизе и имеют следующие характеристики: содержание, объем, связи и отношения с другими понятиями, функциональность (характеристика знаний, задающая области их применения на различных этапах движения к «полному освоению знаний»);

функциональные знания – знания, которые имеют область применения на понятийном уровне, на уровне знания закономерностей и объяснение их на уровне теории;

формирование развивающихся физических знаний студентов технического вуза – процесс целенаправленного становления функциональных физических знаний у обучающегося – субъекта собственной деятельности;

метод погружения на лабораторных занятиях – метод организации познавательной деятельности студентов на лабораторных занятиях по курсу общей физики, обеспечивающий формирование развивающихся физических знаний на последовательно реализуемых уровнях: применение полученных знаний, характеризующихся функциональностью; рефлексия, расширяющая содержательный смысл знаний; самоэкспертиза, обеспечивающая понимание освоенных знаний на основе научных теорий;

разнофункциональные задачи – система задач, направленная на формирование у студентов мыслительных функций, таких как анализ, синтез, обобщение, оценка; способствующая глубокому пониманию физической теории и формированию у обучающихся умений применять полученные знания на практике и выполнять обобщенные интеллектуальные действия (преобразующие и управляющие процессом).

2. Структурно-функциональная модель формирования развивающихся
знаний студентов технического вуза, состоящая из блоков: целевого, методоло
гического, мотивационного, содержательно-организационного и диагностиче-

ского, характеризующего изменения в мотивационном, когнитивном, субъектном компонентах процесса формирования развивающихся знаний.

3. Методика формирования развивающихся знаний на основе метода погружения на лабораторных занятиях по курсу общей физики технического вуза, включающая следующие этапы: I этап - информационно-рецептивный (для преподавателя) и репродуктивно-ознакомительной деятельности (для студентов); II этап - проблемно-конструирующий (для преподавателя) и продуктивной/эвристической деятельности (для студентов); III этап - рефлексивно-оценочный (для преподавателя) и рефлексивной деятельности (для студентов).

4. Комплекс педагогических условий результативного функционирования модели формирования развивающихся знаний студентов технического вуза: 1) применение на определенных этапах лабораторного занятия системы раз-нофункциональных задач, 2) опора на логические структуры с выделенными учебными элементами и смысловым содержанием дидактических единиц.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются: теоретико-методическими основами исследования; комплексом методов педагогического исследования, адекватных цели и поставленным задачам; использованием статистических методов обработки результатов экспериментальной работы (критерий х² ); воспроизводимостью результатов исследования; подтверждением гипотезы в ходе педагогического эксперимента.

Апробация результатов исследования осуществлялась посредством участия:

в научно-практических конференциях и конгрессах международного уровня: «Научная дискуссия: вопросы педагогики и психологии» (Москва, 2015), «Научная дискуссия: инновации в современном мире» (Москва, 2015), «Молодой ученый: вызовы и перспективы» (Москва, 2016), «Инновации в профессионально-педагогическом образовании» (Екатеринбург, 2016), «Непрерывное педагогическое образование: глобальные и национальные аспекты» (Челябинск, 2016); всероссийского уровня: «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2014-2016), «Проблемы современного физического образования» (Уфа, 2015, 2017), 22-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Ростов-на-Дону, 2016), «Актуальные проблемы образования с позиции молодых» (Челябинск, 2016), «Инновационные технологии в промышленности: образование, наука, производство» (Стерлитамак, 2016); регионального уровня: «Инновационное образование глазами современной молодежи» (Челябинск, 2016, 2018);

во II Всероссийском конкурсе педагогических и учебно-профессиональных проектов (3 место в номинации «Проект учебного занятия в вузе») (Нижний Новгород, 2016).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложения. Текст иллюстрирован 17 рисунками, его поясняют 28 таблиц. Общий объем диссертации -218 страниц.

Состояние проблемы формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза в педагогической теории и практике

Высокие темпы развития всех сфер жизни современного российского общества обусловливают потребность в высококвалифицированных специалистах, вследствие чего возникает острая необходимость изменений в сфере образования. Образовательные реформы ставят новые задачи перед профес-сорско-преподавательским составом и обучающимися вузов, задают иной уровень требований к знаниям, умениям, общепрофессиональным и профессиональным компетенциям выпускников университетов, что, несомненно, приводит к переосмыслению методологических основ обучения и создаваемых методик [157; 159].

Анализ научно-педагогической, методической литературы проиллюстрировал активный поиск путей решения широкого спектра проблем (приложение 1). В частности, он показал, что в качестве наиболее острых и актуальных проблем, возникающих при обучении курсу общей физики в техническом вузе, которые впоследствии становятся серьезным препятствием для формирования базовых компетенций будущих специалистов, исследователи часто отмечают: отсутствие преемственности в системе «школа – вуз» [28; 42;65]; недостаточную сформированность базовых знаний студентов по физике и математике [8; 28; 29]; неумение большинства первокурсников работать с учебными материалами (учебниками, методическими пособиями и т.п.) [12; 109; 110]; необходимость повышения качества обучения [29; 45; 46; 86]; отсутствие профессиональной направленности обучения [9; 13; 47; 125; 169]; необходимость осознания основ самоорганизации и самовоспитания студентов [12]; потребность в активизации и оптимизации самостоятельной познавательной деятельности студентов [12; 27]; необходимость разработки оптимальных инструментов оценивания результатов обучения [9; 16; 86] и пр. Возникающие проблемы требуют проанализировать процесс обучения в университете и, как следствие, переосмыслить его методологические основы, выявить новые формы организации учебного процесса, разработать методики, соответствующие современным условиям.

В процессе поиска новых средств обучения физике проанализированы работы, посвященные: методологии (А. А. Гилёв, Н. Н. Короткова, С. В. Пивнева, Н. С. Пурышева, Г. А. Мустафина, Г. А. Рахманкулова и др.), методам (И. М. Агибова, О. В. Федина), вводимым пропедевтическим курсам (М. В. Потапова, Л. Н. Фролова, Н. В. Шабунина), профессиональным технологиям (М. Д. Даммер, Н. В. Зубова), механизмам оценки результатов обучения (А. Ф. Ан, В. М. Соколов, С. И. Толчина), психолого-педагогическим теориям формирования знаний (У. Т. Журманова, Ж. А. Караев, Б. Б. Торсыкбаева).

В аспекте разработки методик обучения особый интерес, на наш взгляд, представляют научные труды Н. С. Пурышевой и А. А. Гилёва [113]. Авторы описывают алгоритм проектирования методики обучения, основанный «на формировании морфологического ящика из матриц-строк значений параметров» [113, с. 97], которые являются системными признаками методики: 1) матрицы-строки значений основных параметров методики обучения располагаются друг над другом; 2) все возможные комбинации значений параметров по одному из каждой строки образуют возможные варианты методов обучения; 3) полученные варианты анализируют и оценивают для определения возможности использования в составе методики обучения. В качестве основных параметров методики выступают: цель обучения, метод, организационная форма и средства обучения. Под общими целями обучения Н. С. Пурышева и А. А. Гилёв, опираясь на работы В. С. Аванесова, Б. Блума, Б. У. Родионова, А. О. Татура, понимают «формирование и развитие общекультурных, профессиональных и предметных компетенций…» [там же, с. 97]. Авторы предлагают различные классификации методов обучения «в зависимости от выбранного основания: источника информации, дидактических целей, содержания и типа учебно-познавательной деятельности…» [там же, с. 97], ведущую организационную форму (лекция) и дополнительные формы (практические занятия, лабораторный практикум, исследовательская и самостоятельная работа студентов), которые «могут быть разделены на подвиды, различающиеся условиями и целями выполнения» (к примеру, лекция-обзор, лекция-презентация и т. д.) [там же, с. 98]. Средства обучения состоят из разработанного и используемого преподавателем дидактического инструментария, например: учебные пособия по лекционному курсу, описание лабораторного практикума и т. д. Выделенные параметры «имеют внутреннюю структуру и принимают ряд конкретных значений в соответствии с их классификацией» [там, с. 97]. В какой-то конкретной ситуации определенная совокупность частных методик, средств, организационных форм и методов обучения «образуют целостную методику формирования и развития компетенции…» [там же, с. 100]. По мнению Н. С. Пурышевой и А. А. Гилёва, предложенный алгоритм проектирования методики, основанный на морфологическом анализе их структуры, «может быть использован для разработки методик формирования и развития компетенций при изучении различных учебных дисциплин» [там же, с. 100], в том числе курса общей физики в техническом вузе.

И. М. Агибова и О. В. Федина [3] предлагают для решения проблемы формирования у студентов исследовательских компетенций уже на младших курсах внедрить методику миниисследований (с использованием творческих заданий, научных экспериментальных установок, информационных технологий и пр.), проводимых в рамках лабораторных занятий по курсу общей физике (в сочетании с традиционными лабораторными работами).

Известны работы, в которых предложены методы решения проблемы недостаточной сформированности базовых знаний по физике и математике у студентов-первокурсников путем введения пропедевтического курса (М. В. Потапова [112], Л. Н. Фролова [166], Н. В. Шабунина [166; 167]). К примеру, Н. В. Шабунина и Л. Н. Фролова в рамках такого курса предлагают повторить школьную физику и математику, вспомнить основные приемы и методы решения практических задач [166]. Пропедевтический курс, по их мнению, позволит устранить школьные пробелы и даст возможность повысить качество подготовки студентов по курсу общей физике в техническом вузе.

Исследователи сходятся во мнении, что традиционная система обучения физике в техническом вузе не соответствует современным требованиям. Ее недостатками, по мнению Л. Б. Анискиной, являются «репродуктивный характер обучения, примитивность форм и методов обучения, недостаточность обратной связи, необходимой для управления учебным процессом, учебная перегрузка и учебная недогрузка студентов, недостаточность самостоятельной работы и индивидуальности обучения» [11, с. 3].

В качестве способа повышения эффективности обучения М. Д. Даммер [38], А. Н. Попцов, С. Ю. Суровикина [109] и мн. др. рассматривают использование инновационных подходов к проведению занятий [18; 20; 53; 75-78; 81; 108; 126; 140; 141].

К примеру, М. Д. Даммер и Н. В. Зубова [38] научно обосновывают и описывают разработанную модель процесса обучения физике в техническом вузе на основе комплексной кейс-технологии, которая позволяет реализовать принцип единства фундаментального и прикладного в обучении физике и решить тем самым проблему профессиональной направленности курса.

А. Н. Попцов и С. Ю. Суровикина для успешного прохождения процесса учебной адаптации студентов первого курса рекомендуют использовать мо-дульно-рейтинговую систему с применением современных информационно-коммуникационных технологий, таких как дистанционное обучающе-контролирующее тестирование и электронный учебно-методический комплекс по предмету, включающий рабочую программу с перечнем формируемых компетенций, лекции, презентации, видеофрагменты опытов, методические пособия для лабораторных и самостоятельных работ, контрольно-измерительные материалы [109; 110]. Согласно точке зрения авторов, применение технологии, базирующейся на теории поэтапного формирования умственных действий, комплексном сочетании системного, модульно-рейтингового и индивидуального подходов, с учетом принципов адаптивности, минимакса, психологической комфортности, положительно влияет на сформированность профессиональных компетенций будущих выпускников вуза.

Заметим, что использование современных компьютерных и информационно-коммуникационных технологий в рамках практических и лабораторных занятий, а также научно-исследовательских работ позволяет обучающимся моделировать физические явления и процессы, которые сложно или невозможно продемонстрировать, что обеспечивает более детальное их рассмотрение и помогает вникнуть в суть физических закономерностей [1]. Применение современных технических средств обучения, безусловно, дает возможность наглядно демонстрировать физические явления, схемы и принципы работы современных приборов, благодаря чему занятия становятся более яркими и запоминающимися, и это способствует привлечению внимания студентов к изучению фундаментальных основ физики [104]. Опыт использования на лекциях, практических и лабораторных занятиях по физике в технических вузах современных компьютерных и информационно-ком-муникационных технологий, мультимедийного комплекса довольно богат и подробно описан в работах И. В. Александрова [4-7], Н. Т. Быковой [28], Н. И. Вершининой [31], Н. В. Вознесенской [32], Г. В. Ерофеевой, О. Ю. Павловской [104], В. А. Стародубцева [140; 141], О. Н. Третьяковой [150] и мн. др. [19; 45; 133; 134].

В работе В. И. Богданова и А. А. Босенко [24] описан инновационный подход к процессу обучения в техническом вузе: рассматривая структуру и содержание физического практикума для новой программы по курсу общей физики, авторы предлагают разделить его на 2-3 блока в каждом семестре в соответствии с содержанием курса лекций и практических занятий. Такой подход, по их мнению, позволит упростить изучение курса физики обучающимися, сделав его более структурированным.

Модель формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза

Для реализации задач исследования необходимо создание авторской модели, результатом которой является сформированность развивающихся физических знаний студентов технического вуза. Прежде чем приступить к рассмотрению модели ФРЗ, обратимся к содержанию понятий «модель», «моделирование», «педагогическое моделирование».

В самом общем смысле «модель» (от французского modele – образец, прообраз) означает образ некоторой системы [89]. Термин модель, широко используемый в педагогической науке, имеет множество определений [155]. Приведем лишь некоторые из них: 1) мысленно представляемая или материально реализованная система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте [170, с. 19]; 2) система элементов, воспроизводящая некоторые стороны, связи, функции объекта исследования [69, с. 169].

Существуют разнообразные классификации научных моделей, построенные на различных основаниях. Однако В. А. Штофф подчеркивает, что, несмотря на все многообразие моделей, их общим свойством является способность так или иначе отображать действительность [170, с. 22].

Процесс создания модели, в самом узком смысле, называется моделированием. В философском словаре под редакцией И. Т. Фролова моделирование трактуется как «воспроизведение характеристик некоторого объекта на другом объекте, специально созданном для их изучения…» [162, с. 267]. Е. Н. Землянская рассматривает процесс моделирования как метод научного исследования различных объектов на их моделях [49, с. 37].

Моделирование является одним из ведущих методов современного научно-педагогического исследования. Под педагогическим моделированием, вслед за Е. В. Яковлевым и Н. О. Яковлевой, понимаем отражение характеристик существующей педагогической системы в специально созданном объекте, который называется педагогической моделью [171, с. 136].

Создаваемая нами модель ФРЗ студентов технического вуза будет представлять систему взаимосвязанных элементов, отражающих свойства моделируемого процесса.

Для настоящего исследования был выбран наиболее распространенный среди педагогов-исследователей тип модели – структурно-функциональный. Построение модели структурно-функционального типа предполагает: 1) выявление структуры изучаемого объекта; 2) выделение компонентов объекта; 3) установление связи между компонентами объекта; 4) определение и исследование функций, выполняемых каждым компонентом [171, с. 137].

Процесс формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза рассматриваем в качестве деятельности. Следовательно, для выявления компонентов модели необходимо обратиться к категории «деятельность».

Анализ психолого-педагогической литературы [51; 77; 126] позволил выявить предметное содержание деятельности (потребности, мотивы, цели, условия), структурные элементы деятельности (действия, операции), взаимные переходы и превращения отдельных структурных элементов (деятельность действия операции и пр.), наличие контроля. Принимая во внимание представленный состав деятельности, в разрабатываемой нами модели ФРЗ выделяем следующие структурные блоки: целевой, методологический, мотивационный, содержательно-организационный, диагностический.

Для построения полноценной модели необходимо осуществить отбор методологических подходов. Подход в общем смысле – это «совокупность приемов, способов (в воздействии на кого-что-нибудь, в изучении чего-нибудь, в ведении дела)» [146]. В общенаучном смысле Э. П. Семенюк определят подход как «логико-гносеологическое и методологическое образование, предельно строго выражающее только направленность научного исследования, ограничивающее ее, как правило, одним аспектом (в крайнем случае, несколькими взаимосвязанными направлениями), но, в отличие от метода, принципиально лишенное какого бы то ни было ограничения и даже четкой фиксации тех средств, которыми ведется исследование» [134, с. 116].

В современной науке понятие «методологический подход» рассматривается многими учеными (И. В. Блауберг, Н. Стефанов, Э. Г. Юдин и др.). В своем исследовании будем придерживаться точки зрения И. В. Блауберга и Э. Г. Юдина, которые трактуют методологический подход как «принципиальную методологическую ориентацию исследования, как точку зрения, с которой рассматривается объект изучения (способ определения объекта), как понятие или принцип, руководящий общей стратегией исследования» [23, с. 74].

Наиболее продуктивным и популярным в настоящее время является применение комплекса методологических подходов при исследовании педагогических явлений [172, c. 42]. Проектирование структурно функциональной модели ФРЗ осуществлялось на основе системного, дея тельностного, задачного подходов.

Опираясь на позицию Е. В. Яковлева и Н. О. Яковлевой, считаем системный подход общенаучной основой исследования, деятельностный подход – его теоретико-методологической стратегией, задачный подход – практико-ориентированной тактикой. Отметим, что общенаучная основа характеризуется положениями, определяющими постановку проблемы, генеральных и локальных целей, идентификацию противоречий и позиций, отражающих логику научного поиска. Теоретико-методологическая стратегия выявляет направление теоретического исследования, а в качестве практико 56 ориентированной тактики чаще всего выбирают подходы, составляющие конкретно-научную методологию [172, с. 43].

Системному подходу посвящены научные труды методологов (А. Н. Аверьянов, В. Г Афанасьев, Э. Г. Юдин и др.) и педагогов (В. П. Беспалько, В. А. Сластёнин, Е. В. Яковлев, Н. О. Яковлева и др.). Системный подход представляет собой направление методологии научного познания и социальной практики, в основе которого лежит рассмотрение объектов как систем. Рассмотрим базовое для этого подхода понятие «система».

Под системой Е. В. Яковлев и Н. О. Яковлева понимают «целостную совокупность элементов, характеризующуюся следующими необходимыми признаками: 1) совокупность элементов отграничена от окружающей среды; 2) между элементами существует взаимная связь; 3) элементы взаимодействуют между собой; 4) элементы в отдельности существуют лишь благодаря существованию целого; 5) свойства совокупности в целом не сводятся к сумме свойств составляющих ее элементов; 6) свойства совокупности в целом не выводятся из свойств составляющих ее элементов; 7) функционирование совокупности несводимо к функционированию отдельных элементов; 8) существуют системообразующие факторы, обеспечивающие вышеперечисленные свойств» [172, с. 46].

В качестве рабочего для нашего исследования используем следующее определение: система – это «совокупность множества единиц, в которой каждая подчиняется законам причинно-следственных связей, а единство отношений и связей отдельных частей обусловливает выполнение определенной сложной функции, которая возможна благодаря взаимосвязи и взаимодействию элементов» [132].

Использование системного подхода предполагает построение педагогических моделей (в том числе структурно-функциональных), имитирующих исследуемые процессы, в виде систем, что позволяет получить знания о закономерностях их функционирования и принципах эффективной организации [138]. Формирование развивающихся физических знаний студентов технического вуза трактуется нами как процесс целенаправленного становления функциональных физических знаний у обучающегося – субъекта собственной деятельности. Применение системного подхода в нашем исследовании позволяет:

– изучить структуру процесса ФРЗ студентов технического вуза;

– построить структурно-функциональную модель ФРЗ студентов технического вуза.

Содержательное же наполнение модели ФРЗ студентов технического вуза обеспечивает использование деятельностного подхода.

Деятельностному подходу посвящены труды методологов (М. В. Демин, Э. Г. Юдин и др.), психологов (Л. С. Выготский, А. Н. Леонтьев [79], С. Л. Рубинштейн и др.) и педагогов (Ю. К. Бабанский, Н. В. Кузьмина, Т. С. Полякова, В. А. Сластёнин и др.). Данный подход является одним из ведущих в педагогических исследованиях, поскольку позволяет изучить и описать особенности функционирования субъектов педагогического процесса, раскрыть характеристики и этапы их взаимодействия, выявить пути оптимизации современного образования [172]. В педагогике деятельностный подход получил распространение благодаря следующему положению: личность формируется и проявляется в деятельности, поэтому требуется специальная работа по отбору и организации деятельности обучающегося, по активизации и переводу его в позицию субъекта познания, труда и общения.

Понятия «деятельность», «педагогическая деятельность» являются ключевыми при определении сущности деятельностного подхода. Поскольку понятие «деятельность» было рассмотрено нами выше, раскроем суть понятия «педагогическая деятельность», для которого свойственны как общие признаки деятельности, так и свои, специфические, особенности.

Основные этапы формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза

Рассмотрим содержательное наполнение основных этапов формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза: I этап – информационно-рецептивный (для преподавателя) и репродуктивно ознакомительной деятельности (для студентов); II этап – проблемно-конструирующий (для преподавателя) и продуктивной/эвристической деятельности (для студентов); III этап – рефлексивно-оценочный (для преподавателя) и рефлексивной деятельности (для студентов).

Названия этапов выбраны, исходя из основной деятельности преподавателя и студентов на каждом этапе реализации плана формирующего эксперимента, который предполагает несколько направлений: 1) изучение мотивов студента к процессу ФРЗ, стимулирование процесса ФРЗ; 2) формирование физических знаний студентов; 3) формирование у студентов умений применять полученные знания на практике; 4) развитие личностных качеств студента (дисциплинированность, ответственность).

Обратимся к подробному описанию содержания этапов плана реализации формирующего эксперимента. Подчеркнем, что особое внимание при этом уделим характеристике мотивационного, содержательно-организационного и диагностического блоков модели ФРЗ студентов технического вуза.

Информационно-рецептивный этап нацелен: 1) в мотивационном компоненте – на побуждение студентов к целенаправленной подготовке к лабораторным занятиям, своевременному выполнению лабораторной работы и разработке отчету по ее теоретическим основам; 2) в содержательно-организационном компоненте – на ознакомление с правилами поведения и работы в учебной лаборатории, требованиями преподавателя, методикой расчета погрешностей физических измерений; 3) в диагностическом компоненте – на оценивание умений обучающихся рассчитывать погрешности физических измерений.

Рассмотрим содержание первого этапа экспериментальной работы, особое внимание уделив методам, формам организации и средствам формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза.

На мотивационный этапе была проведена вводная лекция, на которой мы познакомили студентов с балльно-рейтинговой системой оценки текущей и итоговой успеваемости, правилами заполнения листа активности, листа посещений и подготовки, открытого журнала, сделав акцент на том, что оценка, полученная после окончания лабораторного практикума, учитывается лектором при сдаче экзамена по курсу общей физики.

Представим лист активности студентов на лабораторном занятии по курсу общей физики

Лист активности студентов на лабораторном занятии, лист посещений и подготовки к лабораторному занятию заполняется преподавателем в течение всего семестра.

Представим ниже бланк открытого журнала, заполняемый в течение всего учебного семестра

Вводная лекция на содержательно-организационном этапе проводилась с применением техники обратной связи и имела целью ознакомление студентов с правилами поведения в учебной лаборатории, а также методикой расчета погрешностей физических измерений. Для закрепления полученной информации была организована фронтальная лабораторная работа на тему «Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника», на примере которой обучающимся были наглядно продемонстрированы методики обработки экспериментальных данных и расчета погрешностей физических измерений.

На диагностическом этапе студентам было предложено в течение 5 минут выполнить самостоятельную работу, чтобы выявить степень усвоения методики расчета погрешностей физических измерений. Перед началом испытания со студентами проводился краткий инструктаж по выполнению работы. Обучающимся было разрешено использовать свои конспекты лекции. Представим содержание самостоятельной работы на примере одного из трех предлагавшихся студентам вариантов

Результаты самостоятельной работы позволяют сделать выводы о владении студентами методикой расчета погрешностей физических величин преимущественно на низком уровне.

В итоге, на первом лабораторном занятии студенты познакомились с балльно-рейтинговой системой оценки текущей и итоговой успеваемости, правилами поведения в учебной лаборатории, методикой расчета погрешностей физических измерений, прослушали лекцию на тему «Экспериментальная физика. Погрешности измерений физических величин», выполнили под руководством преподавателя фронтальную лабораторную работу на тему «Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника», а также сделали самостоятельную работу с целью выявления степени усвоения методики расчета погрешностей физических измерений.

Таким образом, результатом ФРЗ на информационно-рецептивном этапе становятся:

- на мотивационном уровне - активность студента на лабораторном занятии;

- на когнитивном уровне - знание студентом правил поведения и работы в учебной лаборатории, требований преподавателя, методики расчета погрешностей физических измерений;

- на субъектном уровне - ответственность, дисциплинированность студента, проявляющиеся в работе. Проблемно-конструирующий этап нацелен: 1) в мотивационном компоненте – на повышение мотивации и активности студента на всех этапах лабораторного занятия (подготовки к лабораторной работе; допуска к выполнению лабораторной работы; выполнения лабораторной работы; защиты теоретических основ лабораторной работы); 2) в содержательно-организационном компоненте – на повышение уровня усвоения физических знаний; 3) в диагностическом компоненте – на текущий контроль и оценку сформированности компонентов развивающихся физических знаний студентов.

Рассмотрим основное содержание второго этапа экспериментальной работы. Особое внимание обратим на методы, формы организации и средства формирования развивающихся физических знаний студентов технического вуза.

На мотивационном этапе преподаватель анализирует данные, зафиксированные в листе активности, листе посещений и подготовки к занятию, учитывая их при составлении промежуточного рейтинга успеваемости студентов на лабораторном практикуме.

Анализ промежуточных результатов позволяет сделать выводы:

– о посещаемости студентами лабораторных занятий;

– о степени ответственности студентов при подготовке к лабораторным занятиям;

– о своевременности выполнения работ, представления письменных отчетов и защиты теоретических основ лабораторных работ.

На содержательно-организационном уровне акцент делался на повышение уровня усвоения физических знаний студентов. Напомним, что студенты первого курса приступили, согласно программе, к изучению разделов «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика» и, по учебному плану, должны выполнить шесть лабораторных работ (по три работы по каждому из разделов курса общей физики). Таким образом, на первом курсе нами проводилась серия из шести лабораторных занятий.

Результаты экспериментальной работы по формированию развивающихся физических знаний студентов технического вуза

Согласно плану экспериментальной работы формирующий эксперимент направлен на осуществление апробации модели формирования развивающихся знаний на фоне комплекса педагогических условий. Заметим, что только при выявлении различий по уровням сформированности развивающихся физических знаний в контрольной и экспериментальной группах можно судить об эффективности разработанной нами модели и выявленных педагогических условий.

До описания результатов отметим, что экспериментальная работа предполагала мониторинг текущей успеваемости студентов, который осуществлялся посредством ведения листа активности, листа посещений и подготовки, открытого журнала, позволяющих фиксировать изменения по мотивационному, когнитивному и субъектному критериям. Для оценки уровня сформированности развивающихся физических знаний студентов технического вуза нами использовались анкеты, задания, листы активности, листы посещений и подготовки, открытый журнал.

С целью оценки уровня сформированности развивающихся физических знаний по мотивационному критерию нами были проанализированы листы активности КГ и ЭГ, в которые заносились данные в течение всего семестра.

Результаты опросника А. А. Реана, В. А. Якунина в модификации Н. Ц. Бадмаевой показали, что доминирующими по-прежнему являются мотивы престижа (64 % и 66 % обучающихся КГ и ЭГ соответственно), затем следуют учебно-познавательные мотивы (9 % и 22 % обучающихся КГ и ЭГ соответственно), профессиональные мотивы (16 % и 24 % обучающихся КГ и ЭГ соответственно).

Таким образом, анализ результатов заполнения листа активности позволил распределить студентов КГ и ЭГ по уровням (9–10 баллов высокий уровень; 7–8 баллов – достаточный; 5–6 баллов – средний; 0–4 балла низкий) и представить результаты сформированности мотивационного критерия в таблице 24.

Сравнение результатов показывает, что количество студентов с низким уровнем сформированности мотивационного критерия в КГ уменьшилось на 4 %, а в ЭГ – на 8 %; с достаточным уровнем в КГ увеличилось на 4 %, в ЭГ – сократилось на 37 %; с высоким уровнем в ЭГ возросло на 54 %, в КГ – лишь на 4 %.

Результаты таблицы 24 свидетельствуют о сформированности развивающихся физических знаний по мотивационному критерию у студентов КГ на достаточном уровне (уровень становления развивающихся знаний - рефлексия), у студентов ЭГ преимущественно на высоком уровне (уровень становления развивающихся знаний - самоэкспертиза).

Таким образом, констатируем положительную динамику, выраженную в увеличении уровня сформированности мотивационного критерия развивающихся физических знаний. Внедрение разработанной нами модели на фоне комплекса педагогических условий позволило повлиять на отношение студента к процессу приобретения физических знаний (степень активности, интерес обучающегося к предмету).

С целью оценки уровня сформированности развивающихся физических знаний по когнитивному критерию на шестом лабораторном занятии были подведены итоги лабораторного практикума по результатам защиты теоретических основ лабораторных работ.

Анализ результатов контрольных тестов, выполняемых в течение семестра, позволил распределить студентов КГ и ЭГ по уровням (10 баллов (16– 19 правильно выполненных операций) высокий уровень; 8 баллов (11–15 операций) – достаточный; 6 баллов (7–10 операций) – средний; 4 балла (0–6 операций) – низкий). Представим результаты сформированности когнитивного критерия в таблице 25.

Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют о сформиро-ванности когнитивного критерия у обучающихся КГ преимущественно на среднем уровне (уровень становления развивающихся знаний - применение), то есть студенты владеют определенной учебной информацией (познание), воспроизводят и понимают основные понятия (понимание), демонстрирует знание физических явлений и законов, а также способны применять имеющиеся знания на практике (применение). Обучающиеся ЭГ продемонстрировали сформированность когнитивного критерия преимущественно на достаточном уровне (уровень становления развивающихся знаний - рефлексия), то есть студенты способны анализировать знание (анализ), а также на основе имеющихся знаний создавать новую ситуацию (синтез).

Для большей наглядности представим диаграммы распределения студентов по уровням сформированности когнитивного критерия развивающихся физических знаний на констатирующем и формирующем экспериментах (рис. 12, рис. 13).

Сравнение результатов показывает, что количество студентов с низким уровнем сформированности когнитивного критерия в ЭГ сократилось на 57 %, в КГ – на 37 %; со средним уровнем в ЭГ уменьшилось на 5 %, в КГ увеличилось на 35 %; с достаточным уровнем в ЭГ возросло на 56 %, в КГ – лишь на 2 %; с высоким уровнем в ЭГ увеличилось на 6 %, а в КГ осталось прежним.

Таким образом, наблюдается позитивная динамика, выраженная в увеличении уровня сформированности когнитивного критерия развивающихся физических знаний. Положительная тенденция в ЭГ объясняем внедрением разработанной нами модели и повышением ее эффективности за счет внедрения комплекса специальных педагогических условий.

С целью оценки уровня сформированности развивающихся физических знаний студентов по субъектному критерию нами были проанализированы листы посещения и подготовки обучающихся КГ и ЭГ к лабораторным занятиям, в которые заносились данные в течение всего семестра.

Анализ результатов заполнения листов посещения и подготовки позволил распределить студентов КГ и ЭГ по уровням (посещение 6 занятий 10 баллов высокий уровень; 5 занятий – 8 баллов – достаточный; 4 занятий – 6 баллов – средний; до 3 занятий – 4 балла – низкий) и представить результаты сформированности по мотивационному критерию в таблице 26.

Для большей наглядности представим диаграммы распределения студентов по уровням сформированности субъектного критерия развивающихся физических знаний на констатирующем и формирующем экспериментах (рис. 14, рис. 15).

Сравнение результатов показывает, что количество студентов со средним уровнем сформированности субъектного критерия в КГ уменьшилось на 5 %, а в ЭГ – на 48 %; с достаточным уровнем в ЭГ увеличилось на 12 %, в КГ – только на 3 %. Подчеркнем, что количество обучающихся с высоким уровнем сформированности субъектного критерия в ЭГ возросло на 41 %, а в КГ стало больше лишь на 5 %.