Методические модели и технологии обучения физике в вузе Выполнила: Сироткина Ю.В.

Система профессионально-методической подготовки учителя физики в ВУЗе состоит в основном из 3-х компонентов: теоретической подготовки, практической подготовки и работ творческого характера. Эта система включает в себя следующие виды учебных занятий: лекции, семинары, практикумы по решению физических задач, лабораторные работы по методике и технике школьного физического эксперимента, спецкурсы и педагогическую практику.

Лекции имеют целью дать общие теоретические основы методики преподавания физики с учётом современных достижений педагогической науки и психологии, а также достижений школьной практики. На семинарских занятиях у студентов формируются умения планировать свою работу (составлять тематические планы, планы-конспекты уроков по физике и т.п.), изучается учебная литература, пособия для учащихся, дидактические материалы, формируются навыки работы с ними; отрабатываются знания и умения методического анализа тем школьного курса физики, формирования у учащихся системы физических понятий, изучения фундаментальных законов и теорий; значительное время уделяется вопросам методики решения физических задач.

На лабораторных занятиях студенты овладевают методикой и техникой школьного физического эксперимента, знакомятся с различными его видами, изучают особенности оборудования школьного кабинета физики, правила хранения приборов и требования техники безопасности. В процессе выполнения лабораторных работ по методике студенты сначала изучают оборудование общего назначения (источники тока, электроизмерительные приборы, осциллографы, трансформаторы, проекционную аппаратуру и т.п.), а затем выполняют достаточно большое количество лабораторных работ, включающих в себя как демонстрационный эксперимент по всем основным разделам школьного курса, так и ученический эксперимент (фронтальные лабораторные работы, работы физического практикума и кратковременные наблюдения и опыты).

Задачи дисциплины «Методика преподавания физики» : изучение научных и психолого-педагогических основ структуры и содержания курса физики средних и высших учебных заведений; изучение принципов, методов и средств обучения физике; выработка умения планировать учебную работу по предмету, проводить научно- методический анализ учебного материала, выбирать методические приемы обучения с учетом особенностей материала и профиля учебного заведения; привитие студентам первоначальных навыков демонстрационного физического эксперимента, использование технических средств обучения и компьютеров.

Научно-методические знания и умения преподавателя физики должны включать: умение методически правильно и последовательно излагать учебный материал, творчески применяя как экспериментальный, так и теоретический методы; умение правильно организовать на уровне современных дидактических требований все виды учебной работы; владение методикой и техникой школьного физического эксперимента всех видов: демонстрационного, лабораторного практикумов на уровне обязательного и основного курсов физики; умение решать школьные физические задачи любой степени трудности, знание методов их решения, умение составить задачу самостоятельно, применительно к конкретной ситуации, возникшей в ходе учебного процесса; умение популяризировать достижения современной науки и техники для различной аудитории (учащихся, родителей, и т.п.); умение организовать и вести внеклассную работу в различных ее видах. Реализация этих требований в основном обеспечивается различными видами занятий по методике преподавания физики.

Методологическая основа В отличие от исследований в области методики обучения физике в общеобразовательной школе проблемы теории и методики обучения физике в вузе пока еще не исследованы столь глубоко и всесторонне. Выполнено лишь 9 исследований докторского уровня по методике обучения физике студентов вузов (А.Е. Айзенцон, Г.Ф. Бушок, Г.В. Ерофеева, Р.Х. Казаков, В.В. Ларионов, А.Н. Малинин, И.А. Мамаева, Л.В. Масленникова, А.А. Червова). Среди них работы Г.В. Ерофеевой, В.В. Ларионова, И.А. Мамаевой и Л.В. Масленниковой посвящены обучению физике студентов технических вузов, А.Е. Айзенцона и А.А Червовой – военных вузов, а Г.Ф. Бушока, Р.Х. Казакова, А.Н. Малинина – педагогических вузов.

За последние годы выполнен ряд кандидатских диссертаций, посвященных различным аспектам проблемы обучения физике в вузах, в том числе и в педагогических (Б.А. Алейников, Т.Г. Ваганова, Д.В. Виноградов, Н.Б. Виноградова, М.В.Додонов, В.В. Закотнов, Г.И. Китайгородская, Г.Ф. Михайлишина, Е.Б. Петрова, Е.В. Рыкова, А.В. Селиверстов, А.Е. Тулинцев и др.). В этих работах исследуются методические приемы развития мышления студентов при обучении физике, индивидуализации их учебной деятельности, формирования самостоятельности и активизации их познавательной деятельности; разрабатываются системы демонстрационного и лабораторного эксперимента, содержание и методика проведения спецпрактикумов, в том числе спецпрактикума по современной физике, методика использования информационных технологий. В некоторых диссертациях предлагаются решения задачи повышения эффективности отдельных организационных форм обучения общей физике: лекций, семинаров, практических занятий. Весьма небольшое число работ посвящено методике изучения того или иного учебного материала по физике: квантовой физики, оптики, электродинамики. Однако и в этих исследованиях концептуальные проблемы содержания курса общей физики как важнейшего компонента системы профессиональной подготовки учителя физики в педвузе не рассматривались.

Методы, приемы и средства обучения физике Выбор методов преподавания существенным образом зависит от дидактических целей. Если речь идет о передаче новых знаний, то преподаватель может сообщить их лекционным методом или предложить студентам проработать материал по учебникам; для углубления или закрепления материала – провести семинар-беседу, физический эксперимент; для формирования умений и навыков – практиковать решение задач, лабораторные исследования, курсовые задания. В целом отбор методов должен основываться на теории отражения и соответственно удовлетворять следующим требованиям: - в знаниях студенты видят объективное отражение внешнего мира; - познание предметов и явлений внешнего мира осуществляется путем раскрытия их взаимосвязей и развития; - усвоение законов и теорий сочетается с активной практической деятельностью студентов, приобретением практических навыков и умений, а так же с их применением.

Первостепенной задачей методики является проблема обучения. Она заключается в организации активной, целенаправленной учебной и научной деятельности студентов с целью развития у них мышления, формирования философского миропонимания, приобретения ими профессиональных знаний, умений, навыков. Решение проблемы обучения может осуществляться только в процессе соответствующей деятельности. Поэтому методика изучения физики должна отображать проблемно-исследовательский характер изложения лекционного материала при активном участии студентов, их систематическую работу над литературными источниками, решение физических задач, проведение самостоятельных лабораторных исследований, подготовку физических демонстраций ими и т.п. Решая задачу совершенствования учебного процесса, методика преподавания дисциплины должна учитывать, что каждый трудовой процесс должен соответствовать принципу оптимальности. В учебном процессе реализация последнего выражается в получении максимально возможных учебно- воспитательных результатов при минимально необходимых для этого затратах энергии и времени преподавателей и студентов. Принцип оптимальности – это объективное отражение роли науки в совершенствовании труда.

Развитию методики физики и совершенствованию учебного процесса способствуют постоянно действующие факторы, главные из которых: -постоянный рост самосознания молодежи, обусловленный развитием культуры и повышением социальной активности членов общества; -возрастающие темпы развития науки, способствующие претворению учебной дисциплины в более стройную логическую систему знаний; -внедрение во все сферы общества научной организации труда; -развитие техники производства и совершенствование на этой основе лабораторного оборудования и технических средств обучения; -рост познавательных способностей молодежи, обусловленный совершенствованием системы образования; -совершенствование средств и методов массовой научной информации.

Выбор методов в конкретных условиях определяется содержанием ученого материала и дидактическими целями, а так же уровнем подготовки и организации студенческой аудитории как объекта воздействия. Вследствие обобщения исторического опыта при подготовке квалифицированных специалистов в современной высшей школе внедрены такие формы и методы учебной работы: -лекции, проводимые профессорами и доцентами; - практические занятия студентов в лабораториях, кабинетах, мастерских, проводимые преподавателями вузов; - профессиональная практика, проводимая согласно учебному плану руководителя, специально выделенными кафедрой. Практическое использование указанных методов непременно сочетается с применением в учебном процессе принципов и методов, присущих конкретно изучаемой науке или конкретно поставленной дидактической цели. Без этого было бы затруднено формирование творческих качеств специалиста в данной области знаний.

Состав методов обучения должен удовлетворять, во-первых, психологическому учению о стадийном пути познания объективной реальности. Для краткости эти методы называют словесными, наглядно-практическими, репродуктивно- поисковыми, а так же методами управляемого и самоуправляемого обучения. Вторым основным показателем выбора методов обучения является учет критериев их оптимального сочетания, к которым относятся: - максимальная направленность такого выбора на решение поставленной познавательной задачи; - соответствие его специфике содержания обучения; - соответствие методов обучения избранным формам организации учебного процесса; - соответствие реальным учебным возможностям обучаемых; - соответствие выбора методов обучения возможностям их использования; - соответствие принципам дидактики. Указанные обобщения педагогической науки имеют непреходящее значение для организации эффективного обучения как в средних, так и в высших учебных заведениях.

В учебном процессе по общей физике ставятся задачи не только передачи студентам определенной суммы научных знаний, но и подготовки их к самообразованию. Развитие способностей, формирование навыков моральных и профессиональных качеств. Поэтому под методами обучения понимают способы целенаправленной работы преподавателей и студентов, при помощи которых последние приобретают знания, умения, навыки, формируются их мировоззрение и поведение, развиваются познавательные способности. В выборе методов эффективного проведения различных занятий по общей физике преподаватель должен учитывать достижения современной теории научного познания, которое оно рассматривает, как сложный поливариантный процесс, различая при этом эмпирический, теоретический и праксеологический уровни.

Средства обучения физике в ВУЗе Средства обучения физике – это те источники информации, с помощью которых ученики и студенты учатся, а их преподаватели – учат. Прежде всего это слово. Слово преподавателя. Наряду с чисто информационным содержанием «слово» преподавателя несет организующую функцию. Над чем работать, как работать, что в разделе главное, а какие материалы несут лишь иллюстрирующую роль. Иногда эти размышления несут даже большую информационную нагрузку, чем чисто лекционный материал. Затем учебники, учебные пособия, хрестоматии, справочники, приборы и технические средства обучения (ТСО). В последние годы к источникам информации относят также средства массовой информации и Интернет. Но к информации, получаемой из СМИ и Интернета, следует относиться очень осторожно, ибо никаких гарантий достоверности нет. Разве что лекции ученых по телеканалу «Культура», там содержание, как правило, соответствует всем канонам научной информации.

В ВУЗах экспериментально-наблюдательная функция средств обучения сосредоточена в учебных лабораториях. Как правило, учебные лаборатории в вузах специализированы в соответствии с принятой в РФ схемой, при которой в основу группировки учебного материала положена физическая теория. Бывают и специальные «физические» аудитории. Оборудуются они в соответствии с возможностями вуза и кафедры. В последние годы очень популярны «лекции- презентации», но читать их нужно в специализированных аудиториях. Особый разговор – об обучающих возможностях приборов. Есть приборы для наблюдения и демонстраций. Трубка Ньютона, лазер, дифракционная решетка, ведерко Архимеда и т. п. Главное здесь – чтоб всем было видно. Это раз. Два – возможность опробовать самому. Наглядность очень важна в школе, личное общение с прибором – в вузе. Особенно для студентов-физиков. Компьютерные эксперименты - это здорово, но умение работать с проводами, клеммами, кнопочными переключателями и умение постоянно держать стрелки и цифровое табло в поле зрения необходимо каждому физику, даже если он самый оголтелый теоретик. Есть измерительные приборы. Физика – наука очень не точная, поэтому точность измерительных приборов всегда нужно учитывать.

К техническим средствам обучения (ТСО) относят совокупность технических устройств и специальных дидактических материалов к ним. Ранее к ним причисляли «традиционные» средства типа магнитофонов, диапроекторов, эпидиаскопов, телевизоров и видеомагнитофонов, подразделяя их на звуковые, экранные и аудиовизуальные. Ныне это видеопроекторы с большими экранами, персональные компьютеры, фреймграбберы ( иногда пишут «фрейм грабберы» ) и т.п. Вместо традиционных «меловых» досок сейчас в учебные заведения РФ предложено поставлять интерактивные комплексы. Интерактивное оборудование для образовательных учреждений включает в себя: интерактивную доску; интерактивный беспроводной или проводной планшет; интерактивный жидкокристаллический дисплей, объединяющий в себе функции монитора и цифрового планшета; систему интерактивного опроса; программное обеспечение. Интерактивный – обеспечивающий диалоговый режим. Иногда это просто проектор с компьютером. Техника эта очень интенсивно развивается, и отслеживать её состояние и возможности нужно перманентно.

Что есть «Технологии обучения»? Технология (technology) практическое применение знания и использование методов в практической деятельности. Это определение включает также знания и идеи, включенные в обучение. Реализация педагогических знаний определяется многими факторами. Прежде всего это массовость обучения и наличие в образовании уровневой дифференциации. Дифференциация бывает внутренняя и внешняя. При внутренней дифференциации обучение ведется в обычных группах (классах). Учащиеся имеют право усваивать программу на разных уровнях, но не ниже определенного предела. При внешней дифференциации учащиеся объединяются в специальные группы в соответствии с их интересами, способностями и склонностями. Форма может быть различной. Селективной форма – это профильное обучение и обучение в классах с углубленным изучением физики. Элективная форма – факультативы и изучение предметов по выбору. Оба вида дифференциации часто сочетают в одной школе. Что касается профилей – то здесь более или менее однозначно. Разработана номенклатура профилей (физический, физико- математический, математический, физико-технический естественнонаучный и т.п.). Создан ряд специализированных программ и даже учебников. Дело за малым – обеспечение кадрами педагогов, способных все это реализовать.

Самыми спорными в теоретическом обеспечении остаются проблема развития способностей и проблема формирования способностей. То, что способности можно развивать – с этим согласны все. Можно ли сформировать? Видимо, можно. Но теория этого процесса ещё не создана. Ясно лишь, что в формировании способностей огромную роль играет мотивация к обучению. Различают мотивацию познавательную и мотивацию социальную. Результаты исследования повышения мотивации изучения физики в старшей школе, полученные в рамках международного проекта Проблемы повышения мотивации при изучении естественнонаучных дисциплин, показывают следующее. Основа мотивации - естественный познавательный интерес учащихся к окружающей среде, к тому, что они видят, с чем соприкасаются. Потребность понимания окружающего мира - наиболее действенный мотив в изучении физики. Учеников в первую очередь интересует то, что они видят: явления природы, человеческое тело, все, с чем они соприкасаются в обыденной жизни. Известно, что в последнее время заметно понизился интерес школьников к изучению естественных наук. По-видимому, это в первую очередь связано с экономическими причинами.

Студент вуза имеет свои мотивы, сознательные или подсознательные. Мотивация студентов неоднородна, она зависит от множества факторов: индивидуальных особенностей студентов, характера окружающей его группы, уровня развития студенческого коллектива. Исследования показали, что около 40% студентов стремятся стать квалифицированными специалистами. Стремление к высоким доходам привлекает треть студентов. Приятно отметить, что достаточно значимым является престижность высшего образования (11,1%). К сожалению, процент студентов, которые пришли за знаниями, очень мал (6,1%). Эти результаты, прежде всего, говорят о том, что необходимо повышать интерес студентов к получению знаний. Одним из способов является балльно- рейтинговая система, которая позволяет стимулировать систематическую работу студентов, дает возможность студентам получить немедленную оценку своего труда, повышает состязательность в учебе и, как следствие, заинтересованность в конечном результате: успешной сдаче зачетов и экзамена.

Среди большого числа инноваций «развивающее обучение» занимает достаточно стабильное положение и стоит на одном из первых мест по значимости и связываемых с ним ожиданий по повышению качества образования. Но теория и технология развивающего обучения для среднего и старшего звена школы практически не разработаны. Ещё меньше практических разработок применительно к высшему техническому образованию. Творчество школьника и студента отличается тем, что результаты его деятельности зачастую не являются новыми в общечеловеческом смысле. Студент в процессе созидания нового для себя результата моделирует и формирует в себе умения и навыки творца. Таким образом, деятельность по развитию творческой активности учащихся на занятиях - это система педагогических воздействий преподавателя, направленная на формирование у всех студентов способности к усвоению новых знаний и новых способов деятельности с помощью усвоенных ЗУНов. Итак, развивающее обучение - это такое обучение, при котором формы, методы, приемы, средства преподавания направлены не только на усвоение знаний, навыков, но и на интенсивное всестороннее развитие личности учащегося. Такое обучение обеспечивает полноценную познавательную деятельность, а она, эта деятельность, требует от учителя высокого профессионального уровня. Развивающее обучение сосредоточено на том, чтобы молодые люди учились творчески использовать полученные знания.

Стержнем развивающего обучения является достижение максимального результата в общем развитии школьников. Поэтому основной путь направлен на формирование знаний, умений и навыков не большим количеством упражнений или заданий, а самостоятельным добыванием новых знаний всем классом. Иными словами, «развивающее обучение» сводится к формированию продуктивного мышления. Как известно, эмпирическое мышление – ориентация на внешние, чувственно воспринимаемые свойства. Продуктивное мышление – способ ориентации и создание особого вида «продукта» мысли, обеспечивающий формирование обобщенного образа. Можно утверждать, что процесс развития – это процесс формирования определенного набора когнитивных и креативных структур и операций.

В настоящее время происходит процесс информатизации общества, всей нашей жизни, соответственно происходит наиболее глубокая информатизация и компьютеризация процесса обучения. Компьютеризация учебного процесса открывает возможности для широкой реализации программы «развивающего обучения», ориентированной на формирование у студентов педагогических специальностей профессионально значимых качеств, но с учетом современных технологий обучения. Компьютерные технологии используются в процессе обучения физике, обеспечивая высокую степень индивидуализации и самостоятельности обучаемых. Внедрение персонального компьютера в учебный процесс создает необходимые предпосылки для обеспечения преемственности натурного эксперимента с компьютерным моделированием физических процессов и явлений тем самым обеспечивает базу для более глубокого и разностороннего проникновения и исследования объекта изучения. Сегодня при обучении физике в вузе и школах различного профиля широко используются как «классические» обучающие программы по физике– «Открытая физика» (10-11 кл.), «Живая физика» (10-11 кл.), «1С Репетитор» ( кл.), «Физика в вопросах и ответах» (7-11 кл.), «Начала электроники» и др., так и моделирующие компьютерные программы. Последние создаются с помощью языков программирования, разработки и внедрение презентаций уроков по различным темам с использованием метода проектов и интерактивных досок.

В настоящее время большинство передовых ВУЗов стремится модернизировать систему образования на основе широкого использования инновационных технологий, которые сегодня предлагают новые перспективы и поразительные возможности для обучения. Такой подход позволяет решить следующие проблемы: 1. повышение мотивации студентов к изучению специальных дисциплин, так как при создании ресурса студенты сталкиваются с необходимостью приобретения навыков работы; 2. повышение качества изучения; 3. расширение спектра учебной работы студентов; 4. познавательное исследование предметной области в целом.

Современный рынок производителей предлагает следующие инновационные технологии для углубленного изучения физики в ВУЗах: 1) Анемометр АПР-2 предназначен для определения скорости воздушного потока при метеорологических измерениях на суше и море, в шахтах и рудниках всех категорий, а также в системах промышленной вентиляции. Анемометр электронный АПР-2 рекомендуется при аттестации рабочих мест, для укомплектования лабораторий по охране труда и служб Госсанэпиднадзора. 2) Виброметр ОКТАВА-101ВМ-ИИБ предназначен для измерения вибрации, воздействующей на человека на производстве, в транспорте, в жилых и общественных зданиях. Прибор может также использоваться для измерения вибрационных характеристик механизмов и машин. 3) Люксметр-пульсметр АРГУС-07 предназначен для измерения освещенности, создаваемой естественным светом и различными источниками искусственного освещения и коэффициента пульсаций излучения искусственного освещения. При этом источники освещения могут быть расположены произвольно относительно люксметра. Показание коэффициента пульсаций индицируется в процентах, при этом прибор определяет максимальное, минимальное и среднее значение освещенности пульсирующего излучения и рассчитывает значение коэффициента пульсаций.

4) Анемометр многофункциональный АМ-70 предназначен для определения скорости воздушных потоков в открытом пространстве, скорости дымовых газов и газопылевых потоков, отходящих по закрытым каналам от стационарных источников загрязнения. 5) Миллитесламетр МПМ-2 портативный модульный трехкомпонентный МПМ-2 (ТУ ) предназначен для измерения модуля и трёх взаимно- перпендикулярных компонент Вх, Ву, Вz вектора магнитной индукции постоянных и переменных магнитных полей в диапазоне 0,01-199,9 м Тл. Удобен при контроле магнитных полей на рабочих местах, в помещениях и в полевых условиях. 6) Аспираторы воздуха автоматические одноканальные АВА С предназначены для отбора проб из больших объемов воздуха с целью определения содержания вредных веществ, находящихся в воздухе в малых концентрациях, в том числе тяжелых металлов. Отбор производится на фильтры АФА. Отличие от других аспираторов: по окончании отбора сразу определяется объем прокачанного воздуха. Скорость прокачивания воздуха регулируется. Объем воздуха определяется с погрешностью ± 3% счетчиком газа, входящим в состав аспиратора. Аспираторы АВА С поставляются с питанием от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц

7) Вибропривод ВП-30/ВП-30Т предназначен для сообщения колебаний установленным на них изделиям- ситам и декам грохотов. 8) Блок пылеулавливания БПУ-2 предназначен для создания воздушного потока, захватывающего пылевидную фракцию дробимого материала, и дальнейшего осаждения ее в циклоне и рукавном фильтре. Транспортировка измельченного материала воздушным потоком увеличивает производительность. Исключается выброс пыли из загрузочного бункера дробилки. Снижение температуры в камере дробления. Непрерывное удаление мелкой фракции материала из камеры дробления, уменьшающее переизмельчение продукта. Комплектация пультом управления. Мы считаем, что студент уже в процессе обучения в ВУЗе должен овладеть навыками использования инновационных технологий в своей учебной, научно- исследовательской и практической деятельности. Для этого нужно установить соответствующую технику и наладить ее работу, приобрести соответствующее программное обеспечение, необходимо и методическое сопровождение этих процессов.

Модель – условный образ объекта управления (исследования). Она конструируется субъектом управления (исследования) так, чтобы отобразить характеристики объекта свойства, взаимосвязи, структурные и функциональные параметры и т.п., существенные для цели управления (исследования).

Математическая физика теория математических моделей физических явлений. Она относится к математическим наукам; критерий истины в ней математическое доказательство. Однако, в отличие от чисто математических наук, в математической физике исследуются физические задачи на математическом уровне, а результаты представляются в виде теорем, графиков, таблиц и т. д. и получают физическую интерпретацию. При таком широком понимании математической физики к ней следует относить и такие разделы механики, как теоретическая механика, гидродинамика и теория упругости. Редакционная коллегия журнала Journal of Mathematical Physics определяет математическую физику как «применение математики к физическим задачам и разработка математических методов, подходящих для таких приложений и для формулировок физических теорий». Близким понятием является теоретическая физика, которая разрабатывает новые математические модели для явлений, удовлетворительных моделей которых пока не построено, и иногда жертвует математической строгостью методов и моделей, в то время как математическая физика обычно формулирует и глубоко исследует уже построенные модели на математическом уровне строгости.

Дидактические принципы разработки методической системы: -- научность, -- наглядность, -- доступность, -- интерактивность, -- адаптивность, -- профессиональная направленность содержания, -- системность.

Модель методической системы обучения физике в техническом университете