Методическая система формирования обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов физико-математического направления подготовки (26.03.2012)

Автор: Смирнов Владимир Вячеславович

Примечания:

1 Студенты, обучающиеся на 2—4-м курсах по специальностям «Физика», «Прикладная математика», «Информатика», «Оборудование и технология сварочного производства» (Астраханский государственный университет), «Радиофизика» (Московский инженерно-физический институт), «Прикладная математика и информатика» (Волгоградский государственный педагогический университет), «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов» (Астраханский государственный технический университет).

2 Студенты, обучающиеся на 1—3-м курсах по специальностям «Физика», «Прикладная математика», «Информатика», «Оборудование и технология сварочного производства» (Астраханский государственный университет, Донской государственный технический университет), «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов» (Астраханский государственный технический университет); студенты 2-го курса инженерно-технических специальностей (Московский институт инженеров транспорта); студенты 1—2-го курсов, обучающиеся по специальности «Промышленное и гражданское строительство» (Астраханский инженерно-строительный институт).

3 Преподаватели кафедр общей физики, теоретической физики и методики преподавания физики АГУ, физики АГТУ, физики и химии МИИТ, физики АИСИ, машиностроения и автоматизации сварочного производства ДонГТУ.

В ходе обучения студентов контролировались: 1) сформированность всех действий, входящих в обобщенные методы экспериментального решения познавательных задач; 2) умение самостоятельно планировать и проводить конкретные исследования. Для проверки сформированности у студентов действий обобщенных методов предлагались задания, целью которых было обязательное фиксирование выполняемых действий. При этом студентам предлагались физические явления, которые не изучаются в практикуме по общей физике. Например: 1) «Воспроизведите физическое явление кавитации. Укажите последовательность ваших действий»; 2) «Проведите исследование по установлению факта зависимости проводимости полупроводникового образца от приложенного к нему механического напряжения. Укажите последовательность выполняемых вами действий»; 3) «Проведите исследование по нахождению значения гравитационной постоянной. Укажите действия метода исследования»; 4) «Экспериментально установите вид зависимости напряжения электрического пробоя воздуха от температуры. Укажите последовательность ваших действий». От студента требовалось спланировать и зафиксировать действия по проведению исследования.

Для выяснения соответствия представленного конкретного плана проведения исследований обобщенным методом решения задачи данного типа в выполненных работах проверялось наличие каждого действия, входящего в обобщенный метод. Это позволило установить, опираются ли обучаемые на усвоенные ими обобщенные методы при планировании своих действий по решению конкретной задачи. Полученные результаты представлены на рис. 7. Диаграмма построена на основании анализа ответов 223 студентов.

Для того чтобы выяснить подготовленность студентов к самостоятельному проведению любых экспериментальных исследований (т. е. решена ли цель проведенного исследования), на третьем этапе обучения им предлагались задания вида «Воспроизвести явление магнитострикции для стального стержня», «Найти значение удельного вращения плоскости поляризации в магнитном поле для Bi-содержащей монокристаллической пленки феррит-граната», «Установить вид зависимости механического гистерезиса упругих свойств твердого тела от геометрических размеров образца». На четвертом этапе задания были профессионально-ориентированными, связанными с изучаемыми дисциплинами, но в соответствующих практикумах они не встречались (рис. 7).

Некоторые из предложенных задач стали темами выпускных квалификационных работ, были реализованы в виде действующих экспериментальных установок, получили детальную разработку в конкурсных проектах (У.М.Н.И.К., СТАРТ и др.) различных уровней. Например, разработаны: устройство для демонстрации преобразования аналогового сигнала в цифровой и влияния на форму сигнала времени квантования и дискретизации (получен патент); стенд, состоящий из девяти установок для установления вида зависимости состояния выходов логических схем от сигналов, поданных на их входы (свидетельство о регистрации интеллектуальной собственности); установки для изучения вида зависимости плотности жидкостей от температуры, частоты колебаний струны от ее геометрических параметров, силы натяжения и материала и др. Способность применять сформированные обобщенные методы проведения исследований была подтверждена на широком круге профессиональных дисциплин у студентов, обучающихся по различным направлениям.

Условные обозначения:

Рис. 7. Результаты сформированности действий, входящих в обобщенные методы решения познавательных задач различных типов

При разработке оценочных критериев и показателей в качестве основы была использована методика пооперационного и поэлементного анализа

А.В. Усовой. Оценивались: а) коэффициент сформированности умений

Кс = n/N , где n — число верно выполненных действий в алгоритме деятельности, N — число всех действий при индивидуальной оценке студента; б) коэффициент овладения деятельностью Ко = Т/Т1 , где Т1 — время, затраченное студентом, Т — время, затраченное специалистом на выполнение деятельности (под специалистом в данном случае понимается преподаватель, ведущий занятия); в) коэффициент овладения деятельностью КТ = a/b , где а — число верно выполненных заданий теста, b — число всех заданий теста. Коэффициенты Ко и КТ схожи между собой, но используются для оценки результативности различных видов деятельности. Значение коэффициентов 0,91—1 считалось оптимальным; 0,81—0,9 — достаточным.

Результаты выполнения всех предложенных заданий показали, что были достигнуты оптимальные значения коэффициентов усвоения.

, а при

. В табл. 6 приведены выборочные значения критической статистики.

Таблица 6

Выборочные значения критической статистики оценки сформированности

обобщенных методов проведения экспериментальных исследований

Период

обучения Обобщенные методы проведения экспериментальных исследований по:

воспроизведению физического явления (разработка экспериментальной установки) установлению факта зависимости одной физической величины от другой нахождению значения конкретной физической величины установлению вида зависимости одной физической величины от другой

2—4-й семестры 2,49 2,71 2,35 2,33

4—5-й семестры 0,1 0,73 – 0,08 0,43

Из таблицы видно, что при переходе от второго к четвертому семестру вероятности усвоения обобщенных методов решения всех задач значительно возрастают. При переходе от четвертого семестра к пятому вероятности успешного усвоения практически не меняются. Это свидетельствует об устойчивости достигнутого успеха. Можно считать, что формирование обобщенных методов происходит после полутора — двух лет обучения.

Исходя из результатов педагогического эксперимента, можно утверждать, что предложенная концепция и модель учебного процесса позволяют подготовить студентов к самостоятельному проведению любых экспериментальных исследований.

Основные выводы и результаты диссертационного исследования

Итогом проведенного исследования является концепция методической системы формирования у студентов обобщенных методов проведения исследований, соответствующих типовым познавательным задачам, решаемым экспериментально.

1. Проанализировано состояние проблемы обучения студентов методам проведения экспериментальных исследований. Установлена необходимость формирования у студентов обобщенных методов проведения любых экспериментальных исследований, что сделает выпускников университетов независимыми от конкретных условий будущей профессиональной деятельности.

2. В результате изучения и анализа работ физиков-экспериментаторов выделены цели их экспериментальной деятельности, которые обобщены в познавательные задачи следующих типов: воспроизведение физического явления (ПЗ№1); установление факта зависимости одной физической величины от другой (ПЗ№2); нахождение значения физической величины (ПЗ№3); установление вида зависимости одной физической величины от другой (ПЗ№4).

3. Выявлено содержание обобщенных методов решения выделенных типовых познавательных задач и установлена логическая последовательность их применения для проведения экспериментальных исследований.

4. Разработана методическая система формирования у студентов университетов обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований.

5. Предложена модель учебного процесса по реализации разработанной концепции, изменяющей структуру практикума по общей физике. Доказана необходимость проведения вводного цикла занятий по формированию у студентов обобщенных методов решения типовых экспериментальных задач.

6. Разработана методика освоения обобщенных методов проведения исследований, соответствующих выделенным типовым познавательным задачам, которая обеспечивает формирование каждого действия метода; формирование обобщенных методов в целом и применение их для проведения конкретных экспериментальных исследований при изучении различных разделов курса общей физики; успешное применение студентами обобщенных методов при самостоятельном планировании и проведении конкретных экспериментальных исследований в различных лабораторных практикумах по электрорадиотехнике, основам автоматики и вычислительной техники, специальным физическим практикумам.

7. Разработан учебно-методический комплекс, включающий в себя учебное пособие, рабочую тетрадь для студентов, методические указания для преподавателей. Применение учебно-методического комплекса позволяет получить запланированный результат обучения.

8. Результаты педагогического эксперимента подтвердили гипотезу исследования. Студенты способны самостоятельно проектировать и создавать экспериментальные установки для воспроизведения любых физических явлений. Некоторые из студентов достигают такого уровня применения обобщенных методов, что могут разрабатывать оригинальные экспериментальные установки, не описанные в имеющихся практикумах. Большинство студентов способны переносить сформированные обобщенные методы с учебной деятельности на выполнение научно-исследовательских работ при дипломном проектировании, подготовке магистерских диссертаций и разработке проектов для участия в конкурсах и грантах. Преподаватели вузов после специального обучения могут успешно реализовать учебный процесс по формированию у студентов обобщенных методов экспериментальных исследований, соответствующих выделенным типовым познавательным задачам.

Основные результаты диссертационного исследования отражены в следующих публикациях автора:

Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Смирнов, В.В. Использование стандартных программных пакетов для реализации университетских лабораторных практикумов / В.В. Смирнов // Педагогическая информатика. — 2005. — № 5. — С. 110—118 (0,5 п. л.).

2. Смирнов, В.В. Содержание деятельности по формированию у студентов университетов системы знаний о физических принципах работы компьютера / О.М. Алыкова, В.В. Смирнов // Физическое образование в вузах. — 2006. — Т. 12. № 4. — С. 12—25 (авт. — 0,45 п. л.).


загрузка...