Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы развития технического мышления студентов при обучении физике в педагогической науке и практике обучения .19-58
1.1. Требования стандартов нового поколения к подготовке студентов колледжа железнодорожного транспорта в аспекте развития технического мышления 19-34
1.2. Состояние проблемы развития технического мышления учащихся при обучении физике в педагогической науке 34-44
1.3. Лабораторные практикумы по физике при подготовке будущих специалистов в средней профессиональной школе .44-57
Выводы по Главе 1 58
Глава 2. Теоретические основы развития технического мышления студентов средней профессиональной школы в условиях междисциплинарной интеграции физики с дисциплинами профессиональной подготовки .59-107
2.1. Психологические аспекты развития технического мышления студентов средней профессиональной школы 59-76
2.2. Междисциплинарная интеграция физики с дисциплинами профессиональной подготовки как теоретическая основа развития технического мышления студентов средней профессиональной школы 77-91
2.3. Модель методики проведения междисциплинарного практикума по физике как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта 92-105
Выводы по Главе 2 105-107
Глава 3. Методика проведения междисциплинарного практикума по физике как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта 108-162
3.1. Общая характеристика методики проведения междисциплинарного практикума по физике как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта 108-115
3.2. Система лабораторных работ междисциплинарного практикума по физике .115
3.3. Реализация методики проведения междисциплинарного практикума по физике как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта 134-151
3.4. Диагностика сформированности компонентов технического мышления студентов в междисциплинарном практикуме по физике 151-161
Выводы по Главе 3 161-162
Глава 4. Организация педагогического эксперимента по развитию технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта в междисциплинарном практикуме по физике 163-192
4.1. Констатирующий и поисковый этапы педагогического эксперимента 163-176
4.2. Обучающий этап педагогического эксперимента 176-191
Выводы по Главе 4 191-192
Заключение .193-194
Список литературы 195-215
- Состояние проблемы развития технического мышления учащихся при обучении физике в педагогической науке
- Междисциплинарная интеграция физики с дисциплинами профессиональной подготовки как теоретическая основа развития технического мышления студентов средней профессиональной школы
- Система лабораторных работ междисциплинарного практикума по физике
- Обучающий этап педагогического эксперимента
Введение к работе
Актуальность проблемы развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта при обучении физике подтверждает анализ результатов констатирующего эксперимента, который показал недостаточную осознанность будущими специалистами-техниками значимости изучения курса физики для их будущей профессиональной деятельности, для решения задач технической деятельности, в том числе на основе применения физических знаний и умений, и недостаточный уровень развития технического мышления.
Проблема развития технического мышления учащихся рассматривалась в ряде исследований, посвященных обучению физике в школе (Акулова Ю.В., Казенас В.Е., Курилева Н.Л., Логинов Л.А., Советов В.А. и др.),обучению физике студентов учреждений НПО/СПО (Агеева М.Г., Ермолаев В.А., Иродова И.А., Планида С.И. и др.), обучению физике и ряду общетехнических дисциплин студентов вузов (Мухина М.В., Наумкин Н.И., Худошина Ю.В. и др.). Содержание лабораторных практикумов по физике обсуждалось рядом исследователей: при обучении школьников (Дик Ю.И., Кабардин О.Ф., Первышина Н.В., Степанов С.В., Шамало Т.Н. и др.); при обучении студентов учреждений НПО/СПО (Кулешова Н.И., Смирнов С.А., Степанов С.В. и др.); при обучении студентов технических вузов (Айзенцон А.Е., Анисимов И.Н., Кала-чев Н.В., Ларионов В.В., Масленникова Л.В. и др.). Реализация принципа междисциплинарных связей при обучении физике рассматривалась в ряде диссертационных работ (Петрова Е.Б., Банная В.Ф., Бирюкова А.Н., Жданов В.Г., Иванов В.Г., Шаранов А.В. и др.). Однако проблема развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта при выполнении лабораторных работ практикума по физике, разработанного с учетом междисциплинарной интеграции содержания курса физики и дисциплин общетехнической и профессиональной подготовки, не являлась предметом специального исследования.
Анализ диссертационных исследований, научно-педагогической литературы, изучение практики обучения физике в колледже железнодорожного транспорта, результаты констатирующего эксперимента позволяют сформулировать следующие противоречия:
- между потребностью предприятий железнодорожного транспорта в специалистах среднего звена с высоким уровнем развития технического мышления, обеспечивающего успешное выполнение технической деятельности, и существующим уровнем развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта, недостаточным для успешного выполнения в будущем технической деятельности;
- между необходимостью развития технического мышления студентов
колледжа железнодорожного транспорта, в том числе при обучении физике, в
соответствии с ФГОС СПО и невозможностью обеспечения в должной мере
развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного
транспорта как будущих специалистов с применением существующих мето
дик;
- между значимостью физики как обязательного компонента техниче
ского образования будущих специалистов-техников железнодорожного
транспорта и основы для изучения общетехнических и профессиональных
дисциплин и недостаточной мотивацией студентов к изучению физики в кол
ледже железнодорожного транспорта.
Необходимость разрешения данных противоречий обусловливает актуальность рассматриваемой проблемы и выбор темы исследования - «Междисциплинарный практикум по физике как средство развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта».
Проблема исследования заключается в поиске ответа на вопрос, какой должна быть методика проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта.
Объект исследования: обучение физике студентов колледжа железнодорожного транспорта.
Предмет исследования: развитие технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта в междисциплинарном практикуме по физике.
Цель исследования: теоретическое обоснование и разработка методики проведения междисциплинарного практикума по физике как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта.
Гипотеза исследования представляет собой предположение о том, что, если:
- методика проведения МДПФ как средства развития технического
мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта будет основана
на выявлении и учете в содержании лабораторных работ междисциплинарно
го практикума по физике как отдельной дисциплины междисциплинарных
связей физики с рядом общетехнических и профессиональных дисциплин, на
системообразующих принципах профессиональной направленности и инте
грации, на единстве фундаментальной физической и профессионально ориен
тированной технической составляющих содержания лабораторных работ
практикума;
- при выполнении лабораторных работ междисциплинарного практику
ма по физике использовать задания физико-технического содержания как спе
циальное средство развития технического мышления студентов;
то это будет способствовать развитию технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта.
Цель и гипотеза исследования определили следующие задачи исследования:
провести анализ состояния проблемы развития технического мышления учащихся при обучении физике в теории и практике обучения;
уточнить структуру и компоненты технического мышления, выявить уровни, критерии и показатели его развития;
выявить интегративные связи физики с общетехническими и профессиональными дисциплинами как основу для разработки содержания дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике» и лабораторных работ данного практикума;
разработать содержание дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике», лабораторных работ данного практикума с учетом междисциплинарных связей физики с рядом общетехнических и профессиональных дисциплин;
- реализовать экспериментальную проверку гипотезы исследования.
Теоретико-методологическую основу исследования составили:
идеи интегративного подхода (Алексашина И.Ю., Данилюк А.Я., Безрукова В.С., Берулава М.Н., Галицких. Е.О., Иванов В.Г., Максимова В.Н., Потапова М.В., Чапаев Н.К. и др.); идеи контекстного подхода (Вербицкий А.А., Ларионова О.Г и др.); идеи личностного подхода (Алексеев Н.А., Сериков В.В., Якиманская И.С. и др.); идеи деятельностного подхода (Выгодский Л.С., Зимняя И.А., Леонтьев А.Н. и др.); идеи компетентностного подхода (Бай-денко, В.И., Зеер Э.Ф., Зимняя И.А., Хуторской А.В. и др.); фундаментальные работы в области психологии мышления (Давлетшин М.Г., Кудрявцев Т.В., Рапацевич Е.С., Рубинштейн С.Л., Якобсон П.И. и др.); результаты исследований по проблеме развития технических способностей и технического мышления обучающихся, в том числе при обучении физике (Агеева М.Г, Акулова Ю.В., Гильбух Ю.З., Зуева Ф.А., Мухина М.В., Кудрявцев Т.В., Курилева Н.Л., Планида С.И. и др.); результаты исследований по проблеме реализации интегративного подхода и профессиональной направленности при построении содержания лабораторных работ по физике (Айзенцон Е.А., Бирюкова А.Н., Ельцов А.В., Калачев Н.В., Масленникова Л.В., Первышина Н.В., Петрова Е.Б., Родиошкина Ю.Г., Тарасова А.В. Шаранов А.В. и др.); результаты исследований по проблеме подготовки специалистов железнодорожного транспорта (Аронова Т.А., Корчагин Е.В., Лвин Б.А., Сердюк О.И. и др.); результаты исследований по методике обучения физике в средней и высшей профессиональной школе (Бордонская Л.А., Важеевская Н.Е, Десненко С.И., Масленникова Л.В., Петрова Е.Б., Пурышева Н.С., Смирнов А.В., Степанов С.В., Шамало Т.Н. и др.).
Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования и виды деятельности:
теоретические – анализ технической, психолого-педагогической, методической литературы, диссертационных исследований, анализ содержания ФГОС СОО, ГОС СПО, ФГОС СПО, нормативных документов ОАО «РЖД», проектирование и моделирование учебного процесса;
эмпирические – диагностические методы (анкетный опрос, тестирование), метод экспертных оценок, анализ продуктов деятельности студентов; педагогический эксперимент, личное преподавание физики в колледже железнодорожного транспорта, статистическая обработка результатов педагогического эксперимента.
Научная новизна результатов исследования
-
Обоснована необходимость и возможность развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта при выполнении лабораторных работ МДПФ, в содержании которых учтены междисциплинарные связи физики с рядом общетехнических (материаловедение, электротехника и электроника, электрические машины) и профессиональных дисциплин (конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, эксплуатация подвижного состава и обеспечение безопасности движения поездов) и выделены фундаментальная физическая и профессионально ориентированная техническая составляющие.
-
Разработано содержание дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике», включающей вводный, основной и итоговый разделы.
3. Уточнены компоненты технического мышления, обосновано введение мо-
тивационно-ценностного компонента. Предложено в структуре технического
мышления рассматривать мотивационно-ценностный, понятийный, образный,
практический (деятельностный) компоненты. Определены уровни (низкий,
средний, высокий), критерии и показатели развития технического мышления
студентов колледжа железнодорожного транспорта.
-
Разработана модель методики проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта, отличительными особенностями которой выступают выделение в содержании лабораторных работ МДПФ фундаментальной физической составляющей (основные физические понятия, законы, теории) и профессионально ориентированной технической составляющей (элементы технических знаний – технические устройства, технологические процессы на железнодорожном транспорте), а также ведущая роль заданий физико-технического содержания и проблемного и контекстного обучения (как средств, форм и методов развития технического мышления студентов в МДПФ в колледже железнодорожного транспорта).
-
Разработаны дополнительные модели (модель междисциплинарного практикума по физике для студентов колледжа железнодорожного транспорта, мо-
дель лабораторной работы, модель организации лабораторного занятия), конкретизирующие элементы основной модели методики проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта.
6. Разработана методика проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта, целевой компонент которой предполагает развитие у студента технического мышления в соответствии с его личностным потенциалом, интересами и потребностями, а именно:
- определены требования к содержанию МДПФ: а) единство фундаментальной
физической и профессионально ориентированной технической составляющих
с учетом выявленных междисциплинарных связей физики с рядом общетех
нических и профессиональных дисциплин; б) реализация единства фундамен
тальной физической и профессионально ориентированной технической со
ставляющих на лабораторных занятиях МДПФ;
разработано содержание дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике», основу которой составляет система лабораторных работ;
в качестве специального средства развития технического мышления студентов предложены задания физико-технического содержания, включающие физические задания трех типов, имеющих непосредственные связи с задачами технической деятельности и ее видами (эксплуатационно-технической, эксплуатационно-технологической, организационно-технологической);
- в качестве форм и методов обучения в МДПФ предложены формы учебно-
исследовательской работы и квазипрофессиональной деятельности (имитаци
онно-игровое моделирование профессиональной деятельности), формы и ме
тоды проблемного обучения (метод проектов, кейс-метод, SWOT-анализ и
т.п.), направленные на развитие технического мышления студентов;
- выделены мотивационно-актуализирующий, основной и обобщающий этапы
развития технического мышления студентов в МДПФ, соотнесенные с ввод
ным, основным и итоговым разделами дисциплины «Междисциплинарный
практикум по физике».
Теоретическая значимость результатов исследования заключается в том, что:
уточнено понятие «междисциплинарный практикум по физике»как лабораторный физический практикум, работы которого основываются на междисциплинарной интеграции содержания курса физики и дисциплин общетехнической и профессиональной подготовки в контексте будущей профессиональной деятельности;
обоснована целесообразность развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта при выполнении лабораторных работ МДПФ и использовании заданий физико-технического содержания;
внесен вклад в развитие проблемы междисциплинарных связей, в частности выявлены междисциплинарные связи физики с рядом общетехнических и профессиональных дисциплин колледжа железнодорожного транспорта.
обоснована ведущая идея методики проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта, заключающаяся в единстве фундаментальной физической и профессионально ориентированной технической составляющих содержания лабораторных работ с учетом междисциплинарных связей физики с рядом общетехнических и профессиональных дисциплин.
Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что разработано учебно-методическое обеспечение дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике», изучение которой в учреждениях СПО железнодорожного транспорта способствует развитию технического мышления студентов:
- для преподавателей физики учреждений СПО железнодорожного
транспорта разработан учебно-методический комплекс дисциплины «Междис
циплинарный практикум по физике», раскрывающий специфику учебно-
методического (содержание лабораторных работ и лабораторных занятий
МДПФ, задания физико-технического содержания) и нормативного обеспечения
дисциплины;
- для студентов учреждений СПО железнодорожного транспорта созда
на система лабораторных работ, разработаны задания физико-технического со
держания, дидактические материалы.
Данное учебно-методическое обеспечение представлено в учебно-методическом пособии «Междисциплинарный практикум по физике» (присвоен гриф Дальневосточного регионального учебно-методического центра МОиН РФ), которое опубликовано и внедрено в учебный процесс подготовки специалистов среднего звена железнодорожного транспорта.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Для достижения достаточного (не ниже среднего) уровня развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта необходимо введение междисциплинарного практикума по физике как отдельной дисциплины с вводным, основным и итоговым разделами, включающей систему лабораторных работ пяти типов, выявленных в соответствии с содержанием и объектами профессиональной деятельности специалиста-техника железнодорожного транспорта, с учетом междисциплинарных связей физики с рядом общетехнических(материаловедение, электротехника и электроника, электрические машины) и профессиональных (конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, эксплуатация подвижного состава и обеспечение безопасности движения поездов) дисциплин.
-
Выполнение работ междисциплинарного практикума по физике способствует развитию технического мышления студентов при включении в их содержание фундаментальной физической составляющей (основные физические
понятия, законы, теории) и профессионально ориентированной технической составляющей (элементы технических знаний – технические устройства, технологические процессы на железнодорожном транспорте) на основе единства данных составляющих с учетом междисциплинарных связей физики с общетехническими и профессиональными дисциплинами.
-
При выполнении лабораторных работ являются предпочтительными формы и методы проблемного (метод проектов, кейс-метод, SWOT-анализ и т.п.) и контекстного обучения (имитационно-игровое моделирование профессиональной деятельности), направленные на развитие технического мышления студентов. Ведущим дидактическим средством являются задания физико-технического содержания как специальное средство развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта.
-
Развитие технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта в междисциплинарном практикуме по физике осуществляется на мотивационно-актуализирующем, основном и обобщающем этапах, соотнесенных с вводным, основным и итоговым разделами дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике».
-
Диагностика уровня сформированности компонентов технического мышления осуществляется на мотивационно-актуализирующем, основном и обобщающем этапах развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта с использованием диагностических заданий во время рефлексивной деятельности студентов, при выполнении и защите учебно-исследовательских проектов.
Апробация и внедрение результатов исследования:
- результаты исследования апробировались в Забайкальском институте железнодорожного транспорта ИрГУПС (сектор СПО), Улан-Удэнском институте железнодорожного транспорта ИрГУПС (сектор СПО), Красноярском институте железнодорожного транспорта ИрГУПС (сектор СПО);
- основные идеи и результаты докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе: международных – г. Москва, 2012, 2013, 2014 гг. («Современный физический практикум», «Физические образование: проблемы и перспективы развития»); г. Петрозаводск, 2013 (ФССО-2013); Новосибирск, 2014 («Современный физический практикум»); Чита, 2014 («Инновационные технологии в технике и образовании»); межрегиональных – Иркутск, 2013, 2014 гг. («Проблемы и перспективы развития регионального отраслевого университетского комплекса ИрГУПС», «Проблемы и пути развития инженерного образования в Российской Федерации»); г. Чита, 2011 («Качество подготовки специалистов среднего звена: состояние, тенденции, проблемы, перспективы»); региональных - Улан-Удэ, 2013 («Образовательные стандарты третьего поколения: преемственность и перспектива»); на заседаниях кафедры физики, теории и методики обучения физике факультета естественных наук, математики и технологий ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет».
Структура диссертации. Диссертационное исследование объемом 257 страниц (основной текст составляет 194 страницы) состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 218 наименований, и 10 приложений. Изложение материала проиллюстрировано 45 таблицами, 15 схемами, 23 рисунками.
Состояние проблемы развития технического мышления учащихся при обучении физике в педагогической науке
В настоящее время определены приоритетные направления развития России, одно из которых – создание инновационной экономики, для обеспечения которой необходимы рабочие и специалисты среднего звена высокой квалификации, мотивированные на достижение высоких результатов в профессиональной деятельности. Важнейшей задачей для создания инновационной экономики является организация системы подготовки специалистов среднего звена, ориентированной на новые требования к подготовке со стороны государства и требования к результатам подготовки со стороны предприятий, в которых осуществляют профессиональную деятельность рабочие кадры с рассматриваемым уровнем образования. Как отмечает Президент Российской Федерации В. В. Путин, уровень образования - это исходная, отправная точка экономического и научно-технического прогресса, отставание в образовательном развитии прямо сказывается на конкурентоспособности, на национальных перспективах [126].
В условиях современной экономики становится актуальной задача повышения качества подготовки специалистов, определяемая требованиями рынка труда и работодателей. В ряде исследований [2, 102, 140 и др.] выделены факторы, влияющие на уровень качества подготовки специалистов среднего звена в современных условиях: политика государства, определяющая экономические процессы, организацию бизнеса и производства; влияние современной экономики на содержание профессиональной деятельности и подготовки специалистов; изменение содержания профессиональной деятельности в результате развития и внедрения в производство наукоемких технологий; интеграционные процессы в науке, экономике и производстве; подготовка выпускников в соответствии с запросами работодателей; расширение функциональных возможностей специалистов с уровнем среднего профессионального образования и др.
Рассмотренные факторы особенно актуальны для подготовки специалистов одной из важнейших отраслей экономики России – отрасли железнодорожного транспорта. Стремительное развитие железнодорожного транспорта в России, определяющее повышение качества оказываемых услуг, развитие сети железных дорог и внедрение инновационных технологий во все уровни производства требует высококвалифицированных кадров.
В последнее время со стороны государства в направлении совершенствования системы подготовки технических специалистов, в том числе специалистов железнодорожного транспорта, предпринят ряд мер. К их числу относится внедрение в образовательный процесс стандартов нового поколения.
Со стороны основного работодателя (холдинга ОАО «РЖД») также принят ряд мер. В «Стратегии развития холдинга ОАО «РЖД» на период до 2030 года» [177] представлены основные направления развития компании, в том числе формирование кадрового потенциала для обеспечения современных технологических процессов и безопасности движения. В «Положении о молодом специалисте ОАО «РЖД» [142] определены требования к профессиональной подготовке будущих специалистов компании.
Таким образом, содержание подготовки специалистов среднего звена для предприятий железнодорожного транспорта определяется ФГОС СПО специальностей железнодорожного транспорта, а результат подготовки – требованиями работодателя - холдинга ОАО «РЖД». Возрастание технического уровня производства на предприятиях железнодорожного транспорта требует от специалиста среднего звена высокого уровня технического образования для реализации профессиональной деятельности и достаточно серьезной фундаментальной подготовки, базовую основу которой составляет содержание курса физики. По мнению Агеевой М.Г. [2], Планида С.И. [140] и др., качественная фундаментальная подготовка специалистов среднего звена может перевести систему образования в рассматриваемой области на подлинно научную основу. Следовательно, среднее профессиональное образование по направлениям отрасли должно предполагать подготовку компетентных кадров с высоким уровнем фундаментального специального образования с целью овладения современными знаниями и умениями для реализации инновационных технологических процессов.
Будущий специалист-техник при реализации профессиональной деятельности оперирует объектами профессиональной деятельности (узлы, агрегаты и технологическое оборудование подвижного состава железных дорог и т.п.), основу которых составляют физические законы. Соответственно, подготовка будущего специалиста среднего звена в современных условиях должна осуществляться на базе фундаментальной подготовки, определяющей глубокие знания основ физики как фундамента инновационного развития.
В нормативном документе «Положение о молодом специалисте ОАО «РЖД» [142] определены требования к профессиональной подготовке молодых специалистов компании. К ним относятся: приобретение и развитие профессиональных знаний и умений; точность и аккуратность при выполнении технической деятельности; ответственное выполнение производственно-технических задач; овладение смежными процессами для обеспечения оптимальной организации производственных процессов; проявление инициативы при отыскании новых технических решений; проявление инициативы, участие в разработке и внедрении рационализаторских предложений; изучение научно-технической литературы, современной техники и технологий в целях совершенствования профессионального уровня. Таким образом, первоочередной задачей при реализации новых требований к специалистам отрасли железнодорожного транспорта является повышение уровня умений специалистов выполнять техническую деятельность, а мобильность при ее выполнении, эффективность и продуктивность технической деятельности будет зависеть от уровня развития технического мышления специалистов.
С 2010 года в систему среднего профессионального образования введены ФГОС СПО. Переход системы подготовки специалистов среднего звена железнодорожного транспорта на стандарты нового поколения определяется новыми подходами к содержанию, построению и реализации образовательной программы.
В интересах нашего исследования проведем сравнительно сопоставительный анализ ГОС СПО и ФГОС СПО на примере специальности «Эксплуатация подвижного состава железных дорог» [188]. Основные отличия в содержании стандартов указаны в табл. 1.1.1.1.
Анализ образовательных стандартов позволяет сделать вывод о том, что реализация ФГОС СПО рассматриваемой специальности подразумевает преобладание в большей степени практической подготовки будущих специалистов, способных решать профессиональные задачи на основе выполнения технической деятельности. Профессиональная компетентность будущего специалиста предполагает системное видение объектов и средств профессиональной технической деятельности. Поэтому первоочередной задачей подготовки специалистов-техников железнодорожного транспорта является развитие у будущих специалистов умения выполнять техническую деятельность, системного видения объектов и средств профессиональной деятельности.
Междисциплинарная интеграция физики с дисциплинами профессиональной подготовки как теоретическая основа развития технического мышления студентов средней профессиональной школы
В настоящее время интеграция общего и специального образования оказала существенное влияние на цели, задачи и содержание среднего профессионального образования и подготовку специалистов среднего звена [77].
Основополагающим принципом структурирования содержания образовательной программы подготовки специалистов среднего звена является принцип междисциплинарной интеграции, характеризующий специфику подготовки специалистов-техников. Согласно ФГОС СПО технических специальностей [188-193], основным дидактическим элементом в структуре программы подготовки специалистов-техников является междисциплинарный курс (далее МДК). Содержание МДК включает знания и умения, отражающие специфику профессиональной деятельности, обеспечивающие освоение обучающимися профессиональных компетенций. Совокупность междисциплинарных курсов, определяющих логическую завершенность результатов образования и освоения профессиональных компетенций, определяемых объектами и видами профессиональной деятельности, представляет профессиональный модуль.
В интересах нашего исследования рассмотрим подготовку специалистов-техников в структуре основной профессиональной образовательной программы подготовки специалистов с уровнем среднего профессионального образования. Рассмотрим структуру программы подготовки специалистов-техников на примере специальности 140409 Электроснабжение (по отраслям).Общеобразовательная подготовка (общеобразовательные дисциплины (1 курс), содержание регламентируется ФГОС СОО; общеобразовательные дисциплины циклов ЕН и ОГСЭ (2 курс), содержание определяется ФГОС СПО); общетехническая подготовка (дисциплины общетехнической подготовки и дисциплины, содержание которых ориентировано на организацию безопасности жизнедеятельности и охраны труда на производстве); профессиональная подготовка (междисциплинарные курсы, учебная и технологическая практика на производстве).
Общетехническая подготовка (дисциплины «инженерная графика», «электротехника и электроника», «метрология», «техническая механика», «материаловедение» и др.); профессиональная подготовка(междисциплинарные курсы: МДК 01.01 Устройство и техническое обслуживание электрических подстанций, МДК 01.02 Устройство и техническое обслуживание сетей электроснабжения, МДК 01.03 Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения и др.).
Анализ содержания указанных дисциплин и междисциплинарных курсов позволяет сделать вывод о наличии в содержании каждой дисциплины и МДК технического материала, который основывается на понятиях, законах и теориях, рассматриваемых в курсе физики. Соответственно, имеет место преемственность физических знаний и умений при подготовке будущих специалистов-техников специальности 140409 Электроснабжение (по отраслям).
Аналогичный вывод можно сделать относительно программ подготовки специалистов среднего звена по другим специальностям железнодорожного транспорта [188-193]. Учтем данный вывод при создании модели преемственности физики в колледже железнодорожного транспорта (схема 2.2.2.1).
Согласно данной модели можно рассматривать: пропедевтическую подготовку в процессе изучения содержания дисциплин общеобразовательной и общетехнической подготовки. Содержание курса физики при этом является базой для изучения таких дисциплин, как электротехника и электроника, техническая механика, материаловедение, метрология и др. В рамках пропедевтической подготовки на 2 курсе целесообразно ввести МДПФ как отдельную дисциплину, содержание которой ориентировано на расширение и углубление знаний в области физики, интегрированной целью является развитие технического мышления студентов как будущих специалистов-техников железнодорожного транспорта. На данном этапе подготовка студентов к технической деятельности возможна в рамках междисциплинарного практикума по физике; основную специальную подготовку при изучении содержания междисциплинарных курсов.
Преемственность знаний и умений в области ""--- \3-4 курсы МДК 01.01 Устройство и техническое обслуживание электрических подстанций; МДК 01.02 Устройство и техническое обслуживание сетей электроснабжения; МДК 01.03 Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения; МДК 02.01 Ремонт и наладка устройств электроснабжения и др. 2 курс Инженерная графика, электротехника и электроника, метрология, техническая механика, материаловедение и др. Междисциплинарный практикум по физике 1 курс Физика в колледже железнодорожного транспорта Схема 2.2.2.1. Модель преемственности физики в колледже железнодорожного транспорта Установление связей между дисциплинами, обеспечивающими междисциплинарную интеграцию, способствует целенаправленному формированию у студентов представлений, понятий, теорий, рассматриваемых в разных образовательных дисциплинах, связывает их в единую систему [77]. Мы согласны с мнением Иванова В.Г. [77] о том, что несогласованность учебного материала, основывающегося на элементах физических знаний в различных дисциплинах, зачастую приводит к «переучиванию»: различные трактовки понятий, различные методики рассмотрения материала, чрезмерное дублирование учебного материала в различных дисциплинах. Поэтому необходимо тесное взаимодействие при конструировании содержания курса физики и дисциплин общетехнической и профессиональной подготовки с целью реализации междисциплинарной интеграции в образовательном процессе. В интересах нашего исследования согласимся с мнением ученого о том, что реализация междисциплинарной интеграции в курсе физике возможна за счет профессиональной направленности ее содержания.
Как показывает анализ ФГОС СПО и ОПОП [188-193], физика является связующим звеном в процессе подготовки. Соответственно, происходит расширение целей учебной дисциплины «физика» в рамках данной подготовки: усвоить систему физических знаний; овладетьфизическими основами профессии; иметь представления о применении физических знаний в профессиональной деятельности. Для реализации данных целей курс физики должен иметь профессиональную направленность, обеспечивать развитие технического мышления обучающихся.
В работе Алонцевой Е.А. и Гилева А.А. [9] представлен возможный вариант оценки межпредметных связей (МПС) и интеграционного потенциала учебных дисциплин. Используем данный вариант для оцениваниямеждисциплинарных связей (МДС) и интеграционного потенциала учебной дисциплины «физика» в колледже железнодорожного транспорта. Студентам, изучившим дисциплину «физика» и общетехнические дисциплины, предлагалось оценить парные междисциплинарные связи по шкале: 0 баллов – МДС отсутствуют; 1 балл - МДС выражены слабо; 2 балла – МДС выражены в средней степени; 3 балла – МДС ярко выражены и просматриваются в течение всего периода обучения. Студенты оценивали МДС для следующих дисциплин: физика, электротехника и электроника, электрические машины, техническая механика, материаловедение, метрология. В исследовании участвовали более 160 студентов технических специальностей 2- 4 курсов колледжа железнодорожного транспорта (г. Чита).
Система лабораторных работ междисциплинарного практикума по физике
Рассмотрим подробнее этапы развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта в МДПФ, реализуемые в соответствии с разделами дисциплины «Междисциплинарный практикум по физике». Заметим, что цели каждого этапа формулируются в соответствии с интегрированной целью МДПФ: развитие технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта, компоненты которого могут выступать в качестве задач.
Мотивационно-актуализирующий этап реализуется при изучении вводного раздела. Цель данного этапа (в соответствии с интегрированной целью МДПФ): формирование, преимущественно, мотивационно ценностного компонента технического мышления студентов. На семинарско-практическом занятии «Техническая деятельность специалиста среднего звена железнодорожного транспорта» необходимо предусмотреть активное включение студентов в обсуждение вопросов, касающихся: содержания и видов технической деятельности специалиста техника железнодорожного транспорта; технического мышления как основы технической деятельности специалиста-техника железнодорожного транспорта. Следует предложить студентам рассмотреть понятия «технический объект» и «технологический процесс», выполнить обзор технических объектов и технологических процессов на железнодорожном транспорте; обсудить значимость физических знаний для реализации профессиональной деятельности на железнодорожном транспорте.
На семинарско-практическом занятии «Человеческий фактор» при нарушении технологий эксплуатации устройств железнодорожного транспорта» необходимо предусмотреть активное включение студентов в обсуждение возможных технических и аварийных ситуаций, возникающих на железнодорожном транспорте, причин их возникновения. Следует предложить студентам выполнить обзор аварийных и технических ситуаций, возникающих на железнодорожном транспорте, основные действия специалистов-техников, которые привели к данным ситуациям, обсудить, с точки зрения физики, причины возникновения данных ситуаций. В процессе обсуждения деятельности специалистов-техников железнодорожного транспорта при решении технических и аварийных ситуаций необходимо предусмотреть анализ профессиональных умений будущих специалистов-техников железнодорожного транспорта на основе умений-аналогий [10]. Умения-аналогии при выполнении физического эксперимента и технической деятельности специалиста-техника железнодорожного транспорта представлены в табл. 3.3.3.
Аналогия деятельности при выполнении физического эксперимента и технической деятельностью специалиста железнодорожного транспорта № п/п Этапы деятельности привыполнении физическогоэксперимента Этапы деятельности при эксплуатации технических устройств 1 Формулировка цели эксперимента Формулировка цели осмотра (ремонта) 2 Выдвижение гипотезы Выдвижение предположений (установка типа неисправности, исходя из первоначальных осмотров) 3 Выявления условий, необходимых для постановки эксперимента Уточнение условий осмотра (ремонта) технического устройства 4 Планирование эксперимента:- какие наблюдения необходимовыполнить- какие величины измерить- какие приборы и материалынеобходимы для эксперимента- в какой последовательности будутвыполняться действия- в какой форме производить записьрезультатов измерений и наблюдений Планирование осмотра (ремонта):- какие наблюдение необходимовыполнить- какие технические параметры измерить- какие приборы и оборудованиенеобходимы для осмотра (ремонта)- в какой последовательности будутвыполнены действия- запись результатов в соответствии стехническими требованиями
Обязательными являются сведения о правилах охраны труда и техники безопасности при выполнении лабораторных работ МДПФ, их обсуждение. В процессе выполнения лабораторной работы «Исследование капиллярных методов неразрушающего контроля металлов» целесообразно организовать деятельность студентов с использованием имитационно игрового моделирования как формы обучения, позволяющей целенаправленно включать будущих специалистов-техников железнодорожного транспорта в квазипрофессиональную деятельность, являющуюся моделью реальной профессиональной деятельности. Рассмотрим вариант организации деловой игры «Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля механических деталей и узлов подвижного состава железных дорог» в рамках данной лабораторной работы. Подробный вариант организации предлагаемой деловой игры приведен в Приложении 3.2.
В процессе организации деловой игры студентам следует предложить по желанию организовать три группы: осмотрщики-ремонтники подвижного состава (вид технической деятельности и объекты деятельности: диагностика технического состояния сварных соединений и конструкций); осмотрщики-ремонтники подвижного состава (вид технической деятельности и объекты деятельности: диагностика технического состояния механических деталей и узлов подвижного состава); ревизоры-технологи по ремонту подвижного состава (вид технической деятельности и объекты деятельности: контроль соблюдения требований к технологическим процессам диагностики и ремонта подвижного состава).
На данном этапе предполагается организация деятельности студентов на лабораторных занятиях при выполнении лабораторных работ различных типов. В качестве примера лабораторного занятия раскроем содержание лабораторной работы «Исследование принципа работы пускового реостата электровоза» и деятельность студентов при ее выполнении[155]. Интегрированной целью лабораторной работы является: знание и понимание студентами, с точки зрения физики, принципа работы и конструктивных особенностей пуско-тормозного реостата, особенностей его эксплуатации, прогнозирование возможных технических ситуаций при эксплуатации реостатного оборудования электроподвижного состава железных дорог. Данная лабораторная работа заключается в исследовании зависимости частоты вращения якоря двигателя постоянного тока от сопротивления пускового реостата при неизменном подводимом напряжении и осуществляется при введении резисторов пускового реостата в цепь двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в соответствии со схемой пускового реостата постоянного тока и таблицей замыкания контакторов (рис.3.3.1). Установка к лабораторной работе представлена на рис. 3.3.2.
Обучающий этап педагогического эксперимента
В данном случае критическое значение Т-критерия Вилкоксона для n=30 при p= 0,01 равно Ткр = 120. Если Тэмп меньше или равно Ткр, сдвиг в «типичную» сторону по интенсивности достоверно преобладает. В нашем случае Тэмп Ткр (15 120). Следовательно, есть все основания считать, что обучение в соответствии с разработанной методикой проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта способствует формированию у студентов умения решать задачи технической деятельности на основе физических знаний и умений, что позволяет сделать вывод о положительной динамике сформированности практического компонента технического мышления.
Оценивание студентами МДПФ проводилось по методике ,аналогичной методике, разработанной Т.С. Поляковой [146], по следующим параметрам: I) полезность; II) влияние на расширение кругозора и развитие общей культуры; III) интересность; IV) методика проведения лабораторных занятий; V) влияние на приобретение новых знаний, умений; VI) впечатления от изученного курса, содержания, форм проведения занятий и др. в соответствии со следующей шкалой оценок: а) очень высокая; б) высокая; в) не могу сказать; г) не очень высокая; д) низкая. В целом, студенты оценили МДПФ по каждому параметру достаточно высоко. В Приложении 4.6 приведены подробные результаты оценки студентами МДПФ.
Выявление уровня развития технического мышления студентов осуществлялось в два этапа: до и после выполнения лабораторных работ МДПФ. В табл.4.2.1 представлена система критериев и показателей, позволяющая оценивать уровень развития технического мышления студентов. По каждому критерию выделялось три уровня: низкий (1/3 max баллов), средний (2/3 max баллов), высокий (max баллов). На основе критериев, показателей для каждого студента подсчитывалось общее количество баллов. В зависимости от количества набранных баллов обучающиеся были распределены по группам, соответствующим трем уровням развития технического мышления: низкий, средний, высокий. На рис. 4.2.8представлены результаты эксперимента.
Результаты эксперимента позволяют сделать вывод о положительной динамике уровней развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта в междисциплинарном практикуме по физике. Сравнение уровней развития компонентов технического мышления студентов до и после обучающего этапа эксперимента позволило полученные результаты привести к 3-балльной шкале: 3 балла –высокий уровень, 2 – средний уровень, 1 – низкий уровень.
Динамика развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта в МДПФ Для каждого из 4-х компонентов (мотивационно-ценностный, понятийный, образный, практический (деятельностный), в зависимости от их показателей с учетом применяемых диагностических методик, подсчитывалось максимальное количество баллов. Так, 1/3 максимального количества баллов составляла 1 балл по шкале диаграммы (для мотивационно-ценностного компонента1 балл шкалы равен 21 баллу общего результата диагностики его показателей; для понятийного компонента 1 балл шкалы равен10 баллам общего результата диагностики его показателей; для образного компонента 1 балл шкалы равен23 баллам общего результата диагностики его показателей; для практического компонента 1 балл шкалы равен26 баллам общего результата диагностики его показателей).Для каждого студента подсчитывалось общее количество баллов, набранных им по каждому критерию на основании соответствующих диагностических методик. С учетом значений 1балла шкалы, указанных выше, с помощью пропорции определялось положение на диаграмме уровня развития конкретного компонента технического мышления. Методом среднего арифметического определялся средний уровень развития каждого компонента технического мышления для всей группы обучающихся до и после выполнения лабораторных работ МДПФ. С учетом значения 1балла шкалы строилась диаграмма (рис.4.2.9).
Анализ полученных результатов позволил сделать ряд выводов: в результате реализации методики проведения МДПФ как средства развития технического мышления студентов колледжа железнодорожного транспорта у студентов как будущих специалистов-техников повысился уровень сформированности всех компонентов технического мышления не ниже среднего, что подтверждает гипотезу нашего исследования; наибольшая динамика наблюдается в уровнях сформированности мотивационно-ценностного и практического компонентов.