Методическая система экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, доктор педагогических наук Калачев, Николай Валентинович

• Калачев, Николай Валентинович
• доктор педагогических наук
• 2013

Оглавление диссертации доктор педагогических наук Калачев, Николай Валентинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. Состояние проблемы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин

§ 1.1. Анализ состояния экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин и перспективы ее

развития в условиях открытого образования

§ 1.2. Анализ результатов теоретических исследований по проблеме

экспериментальной подготовки по физике студентов вузов

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. Теоретические основы методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого

образования

§ 2.1. Теоретические основы методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в

цикле естественнонаучных дисциплин

§ 2.2. Теоретические аспекты применения информационных и коммуникационных технологий в экспериментальной подготовке студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных

дисциплин

§ 2.3. Концепция и модель методической системы экспериментальной подготовки по физике в цикле естественнонаучных

дисциплин в условиях открытого образования

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. Методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования

§ 3.1. Цели и задачи методической системы экспериментальной

подготовки при изучении физики в вузах

§ 3.2. Содержание методической системы экспериментальной подготовки по физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях

открытого образования

§ 3.3. Технология экспериментальной подготовки по физике в

условиях открытого образования для различных форм обучения

§ 3.4. Средства реализации экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин в

условиях открытого образования

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. Педагогический эксперимент по проверке результативности методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в

условиях открытого образования

§ 4.1. Общая характеристика педагогического эксперимента и его

констатирующий этап

§ 4.2. Поисковый этап педагогического эксперимента

§ 4.3. Обучающий этап педагогического эксперимента

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА.. Приложения

265 .269

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методическая система экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин»

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях многие учреждения ВПО Российской Федерации проходят этап преобразования в инновационные университеты, национальные исследовательские университеты и федеральные университетские центры, в которых осуществляется подготовка бакалавров, магистров и специалистов, обладающих полноценным творческим потенциалом и способных вести на базе современных фундаментальных научных исследований разноплановую научно-исследовательскую, внедренческую деятельность в большом диапазоне наукоемких технологий и специальностей.

Поставленные в инновационных программах подготовки кадров в высших учебных заведениях и в концепции коренной модернизации российского образования на период до 2020 [238] года задачи будут выполняться при оптимальном сочетании профессиональной и фундаментальной направленности образования, при значительном усилении творческого компонента учебной деятельности и реализации компетентностного, исследовательского, контекстного и практико-ориентированного подходов к обучению. В этой связи новые подходы в обучении физике и другим естественнонаучным дисциплинам следует рассматривать как неотъемлемую часть полноценного образования, направленного на решение поставленных перед ним задач и вносящего существенный вклад в развитие творческой личности, владеющей методологией инновационной внедренческой деятельности, личности, которая готова квалифицированно и самостоятельно решать сложные профессиональные задачи.

Для формирования у студентов исследовательских компетенций в учебные планы зарубежных и российских вузов включены различные формы занятий, позволяющие эти качества сформировать и закрепить. К

таким видам занятий относятся лабораторные физические практикумы (ФП) в цикле естественнонаучных дисциплин, позволяющие в процессе обучения формировать у студентов навыки научно-исследовательской деятельности.

Уже с середины XVIII века А.Г. Столетовым создаются учебные и научные лаборатории в университетах, «в которых студенты могли бы после лекций осуществлять экспериментальные физические исследования» [20]. Выдающиеся физики прошлого и современности Ж.И. Алферов, И.А.Иоффе, П.Л.Капица, Л.Д.Ландау, П.Н.Лебедев, Дж.К.Максвелл, А.Г. Столетов, Н.А. Умов, Р. Фейнман и другие неоднократно указывали на обязательность организации исследовательских занятий для изучения студентами основных физических явлений. Так, П.Л. Капица писал, что «изучать любое явление в природе (будь то падение тела, разряд в трубке, барометрическое давление) необходимо как экспериментальное физическое исследование, при проведении которого надо с самого начала обращать внимание на методику физических исследований» [146]. Наполнение новым содержанием лабораторных ФП в цикле естественнонаучных дисциплин, необходимость и потребность постоянного совершенствования методик их проведения, остаются актуальными и в настоящее время. В базовые естественные науки входят астрономия, биология, география, геология, физика и химия. Все они используют математическое или компьютерное моделирование для описания рассматриваемых явлений.

Выполненный нами констатирующий эксперимент указывает на то, что в настоящий период во многих вузах наблюдается устойчивая тенденция сокращения часов, выделяемых на экспериментальную подготовку, а содержание и методы проведения лабораторных практикумов не позволяют сформировать у студентов исследовательские компетенции.

Педагогический эксперимент показал, что проблема может быть решена, если: 1) изменить методику проведения лабораторных ФП так, чтобы формирование исследовательских компетенций, в сочетании с развитием творческой личности в плане научно-исследовательской деятельности, базировалось на современных информационных технологиях как основном средстве поддержки новой формы образования - открытого образования; 2) проводить лабораторные ФП с учетом комплексной организации самостоятельной работы студентов поисково-исследовательского характера с использованием современных информационно-коммуникационных технологий.

Существует достаточно большое число исследований, посвященных различным связанным с нашим исследованием аспектам теории и методики проведения физических практикумов в школе и в вузе, в том числе проблеме их оптимизации, а также методике обучения физике в вузе. Среди них:

работы Ю.К. Бабанского, В.А. Сластенина, В.П. Каширина и др., посвященные оптимизации учебного процесса в целом и физического практикума, в частности, труды Л.И. Анциферова, разработавшего концепцию системности и оптимизации школьного физического эксперимента; исследования Р.И. Малафеева, создавшего методику проблемного обучения при выполнении физического эксперимента. Значительный вклад в теорию и практику использования учебного эксперимента при обучении физике внесли также В.А. Буров, С.Е. Каменецкий, В.В. Майер, Н.Я. Молотков, A.A. Покровский, С.А. Хорошавин, Т.Н. Шамало, Н.М. Шахмаев, В.Ф. Шилов и другие;

исследования по методике обучения физике в системе высшего профессионального образования, выполненные А.Е. Айзенцоном, А.Д. Гладуном, Г.В. Ерофеевой, В.В. Ларионовым, Л.В. Масленниковой,

И.А. Мамаевой, Е.Б. Петровой, A.A. Червовой и др., в которых существенное место отведено экспериментальной подготовке студентов;

работы А. Д. Гладуна, В.В. Ларионова, Г.Г. Никифорова, В.Г. Разумовского, В.В. Смирнова, A.B. Усовой, С.А. Хорошавина, Т.Н. Шамало, Н.И. Шефер и др., посвященные проблемно-исследовательскому обучению физике и исследовательским образовательным технологиям;

исследования, рассматривающие применение современных информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в обучении физике в учреждениях ВПО (Г.А. Бордовский, Ю.С. Брановский, Е.В. Данильчук, В.А. Извозчиков, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, В.В. Ларионов, A.B. Могилев, А.И. Назаров, Е.С. Полат, Т.К. Смыковская, и др.).

Наиболее близкими к теме нашего исследования являются работы В.В. Смирнова и В.В. Ларионова, которые посвящены методике экспериментальной подготовки студентов в физических практикумах. Однако В.В. Смирнов решает проблему организации и проведения практикума по общей физике при обучении будущих учителей физики, которая входит в профессиональный блок основной образовательной программы, при этом все лабораторные работы выполняются на реальном оборудовании. Диссертация В.В. Ларионова посвящена проблемно-ориентированной очной системе обучения физике студентов технических вузов и не содержит элементов открытого образования.

В то же время наметившаяся к началу XXI века тенденция получения высшего образования заочным (дистанционным) путем привела к развитию новых форм обучения - открытому образованию. Так в Финансовом университете при Правительстве РФ (http ://www. fa.ru/) после присоединения к нему в 2012 году Всероссийского заочного финансово-

экономического института, Государственного университета Министерства финансов РФ и Всероссийской государственной налоговой академии Министерства финансов РФ общее число обучаемых выросло до 85 ООО человек, но только 5 ООО из них обучаются по очной форме. В Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ -http://www.miit.ru/) обучаются 118 ООО человек в 37 филиалах 24 субъектов РФ, причем большая часть обучается по очно-заочной и заочной формах обучения. Аналогичная картина наблюдается в Санкт-Петербургском национальном минерально-сырьевом университете «Горный» (http://www.spmi.ru) - 16 875 обучаемых в 2012 году, из них 6 728 на очной форме обучения. Однако методическая система обучения физике, в том числе экспериментальной подготовки по физике в системе открытого образования, сочетания этой системы с традиционным очным и очно-заочным обучением до настоящего времени не создана.

Кроме того, остается открытой проблема экспериментальной подготовки по физике студентов нефизических специальностей, тех, для которых физика или естествознание входят в блок естественнонаучных и математических дисциплин.

Таким образом, проведенный анализ исследований, научно-методических публикаций, результаты констатирующего этапа педагогического эксперимента, выполненного в ходе настоящего исследования, показали, что, несмотря на особую значимость отмеченных выше научно-исследовательских работ, целенаправленные научно-педагогические исследования, направленных на разработку методической системы экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования, не проводилось. Практически полностью отсутствуют научно-методические работы, предлагающие новые концептуальные подходы к формированию содержания, организационно-процессуальных форм и

методов проведения лабораторных физических практикумов в блоке естественнонаучных дисциплин, реализуемых в условиях открытого образования, развивающих исследовательские компетенции обучаемых и соответствующих новой программе модернизации отечественного физического образования.

Вышеизложенное позволило выделить ряд противоречий, связанных с экспериментальной подготовкой по физике студентов учреждений высшего профессионального образования:

• между потребностью современного общества в специалистах, способных использовать современные физические методы исследования в своей профессиональной деятельности и существующим уровнем их экспериментальной подготовки при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин;

• между задачей формирования у студентов исследовательских компетенций и существующей системой их экспериментальной подготовки в процессе обучения физике, осуществляющейся в рамках традиционных технологий обучения, не позволяющих в полной мере формировать эти компетенции на современном уровне;

• между потенциалом физического практикума как формы и средства экспериментальной подготовки студентов к успешному решению профессиональных задач, связанных исследовательской деятельностью и с применением физических методов исследования и недостаточной разработанностью теоретических и методических основ их проведения в условиях реформирования системы образования;

• между возможностями системы открытого образования, широким внедрением его инструментария в образовательную практику и отсутствием методики проведения лабораторных физических практикумов в современных условиях открытого образования, направленной на формирование у студентов вузов исследовательской компетентности в

процессе их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности.

Из комплекса выявленных противоречий становится очевидной необходимость обоснования и разработки и практической реализации концепции и модели новой методической системы экспериментальной подготовки студентов учреждений высшего профессионального образования при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин применительно к современным условиям открытого образования (00).

Все изложенное свидетельствует об актуальности избранной автором темы исследования «Методическая система экспериментальной подготовки по физике студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин», проблемой которого является поиск ответа на вопрос, какой должна быть система экспериментальной подготовки студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин с учетом проходящего в настоящее время реформирования системы образования.

Объект исследования: процесс обучения физике студентов учреждений высшего профессионального образования.

Предмет исследования: методическая система экспериментальной подготовки студентов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в учреждениях высшего профессионального образования.

Цель исследования: обоснование, разработка и реализация концепции методической системы экспериментальной подготовки студентов в физических практикумах в цикле естественнонаучных дисциплин.

Гипотеза исследования состоит в предположении о том, что экспериментальная подготовка студентов высших учебных заведений при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин обеспечит формирование их исследовательских компетенций и повышение качества

обучения физике в условиях 00, если содержательный и процессуальный компоненты этой подготовки в физических практикумах будут:

•базироваться на идеях компетентностного и системного подходов; •направлены на формирование элементов научно-исследовательского творчества студентов и организацию их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности;

•учитывать современные достижения науки и наукоемких технологий;

•опираться на современный инструментарий новых информационных технологий;

•ориентироваться на самостоятельную деятельность студентов при выполнении учебного и научного исследований с использованием современных методов науки, предлагающих решение конкретных задач профессиональной деятельности.

В соответствии с целью и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи:

1. Выявить состояние проблемы экспериментальной подготовки студентов учреждений высшего профессионального образования при изучении физике в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях реформирования системы высшего образования.

2. Выявить возможности системы открытого образования для формирования у студентов учреждений высшего профессионального образования исследовательских компетенций в процессе их экспериментальной подготовки.

3. Разработать концепцию методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования, направленную на формирование у студентов исследовательских

компетенций и умений использовать современные физические методы исследования в будущей профессиональной деятельности.

4. Разработать модель методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования с учетом основных положений разработанной концепции.

5. Разработать методическую систему экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования.

6. Создать специальный методический комплекс мобильных средств реализации созданной методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования.

7. Провести педагогический эксперимент по проверке гипотезы исследования.

Методологическую основу исследования составили системный, деятельностный, компетентностный, информационный и личностный подходы, на основе которых были проведены анализ предмета данного исследования, и синтез целостной концепции методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях 00. Эти подходы своей методологией опираются на фундаментальные принципы дополнительности научной логики и фактологии, детерминизма, преемственности научных теорий и полноты системного описания. Методологическим ориентиром являются соотнесение комплексного анализа результатов педагогического эксперимента, педагогической действительности, теории и прогноза, что обусловило всю логику данного исследования: научное описание дидактических процессов в форме

принятой концептуальной модели, ее оценку в ходе педагогического эксперимента, выбор ведущих идей и методик исследования.

Теоретическую основу исследования составили:

- системный подход и теоретические аспекты его реализации в педагогической теории и практике (С.И. Архангельский, В.П. Беспалько, М.А. Данилов, П.Ф. Каптерев, Ф.Ф. Королев, В.В. Краевский, В.П. Панасюк, В.В. Сериков, A.M. Суббето и др.);

концепция личностно-ориентированного образования (H.A. Алексеев, Е.В. Бондаревская, В.И. Данильчук, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др.);

- идеи оптимизации учебного процесса, в том числе оптимизации физического эксперимента (Л.И. Анциферов; Ю.К. Бабанский, В.П. Каширин, В.А. Сластенин, М.Г. Штракс);

- идеи проблемного обучения, в том числе с использование физического эксперимента (Р.И. Малафеев, А.М. Матюшкин, М.И. Махмутов, М.М. Терентьев и др.);

- концепции подготовки студентов в области физического эксперимента (В.В. Лаптев, В.В. Ларионов, В .Я. Синенко, A.B. Смирнов, В.В. Смирнов, Г.П. Стефанова, Т.Н. Шамало и др.);

- результаты работ по теории и методике обучения физике в учреждениях высшего профессионального образования (А.Е. Айзенцон, Г.В. Ерофеева, В.В. Ларионов, Л.В. Масленникова, И.А. Мамаева,

A.И. Пилипенко, А.И. Подольский, A.A. Червова и др.);

- результаты исследований по проблемам мультимедийной дидактики физики (А.М. Короткое, Е.В. Оспенникова, A.B. Смирнов,

B.А. Стародубцев и др.).

Логика и основные этапы исследования

Исследование проводилось с 1994 по 2013 год и состояло из трех этапов.

На первом этапе (1994-2002 гг.) осуществлялся анализ методической, педагогической и научной литературы по исследуемой проблеме, основных нормативных и концептуальных документов, которые регламентируют образовательную деятельность в вузах на современном этапе; изучалось состояние проблемы экспериментальной подготовки студентов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в педагогической теории и практике, проблемы обучения в условиях открытого образования, формулировались цели и задачи исследования, а также исходной гипотезы исследования.

На втором этапе (2003-2007 гг.) разрабатывалась концепция методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования, модели методической системы, учитывающей основные положения разработанной концепции, конструировалась сама методическая система, создавался комплекс педагогических и методических средств ее реализации.

Третий этап (2008-2013 гг.) был посвящен реализации методической системы и проверке гипотезы исследования, оценке результативности разработанной методической системы, внедрению результатов исследования в педагогическую практику определению направлений и перспектив дальнейшего исследования изучаемой проблемы.

Научная новизна исследования:

1. Обоснована необходимость создания новой методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин, позволяющей оптимально сочетать учебно-деятельностные, компетентностные и знаниевые компоненты, включающей в себя самостоятельную, учебную и учебно-научную исследовательскую работу обучаемых.

2. На методологическом и организационно-процессуальном уровнях предложено новое решение проблемы повышения эффективности экспериментальной подготовки бакалавров при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин посредством дистанционных физических практикумов (ФП) и эффективного формирования исследовательских компетенций обучаемых.

3. Разработаны концепция и модель методической системы экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях 00, базирующиеся на системном подходе. Основные положения концепции и элементы структуры методической системы направлены на создание и реализацию условий, способствующих формированию у обучаемых исследовательских компетенций, творческого подхода к физическому эксперименту, качественного освоения большого объема учебной информации, ее критического анализа, поиска нестандартных подходов к решению сложных физических задач в учебно-научной деятельности.

4. Разработана методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях 00, отвечающая методологии учебного научного исследования, проводимого в ходе выполнения учебного физического эксперимента в вузе за счет оптимального сочетания виртуального,

натурного и вычислительного экспериментов. Созданные ФП служат основой для создания учебных физических лабораторий нового поколения, ориентированных на самостоятельное добывание знаний и самостоятельный характер учебно-исследовательской деятельности студентов в условиях ОО.

5. Разработаны варианты сочетания различных видов эксперимента в ФП (натурный, дистанционный, виртуальный) для разных форм обучения:

- для очной формы используются, в основном, натурные ФП, дополненные системами видеодопуска, проектирования и проведения натурного эксперимента, обработки экспериментальных данных и составления отчета;

- для очно-заочной формы часть работ (натурных) проводится в лабораториях, аналогично очной форме обучения, но основное отличие заключается в совмещении в одной лабораторной работе нескольких экспериментов. Другая часть ФП проводится в дистанционной и виртуальной формах с получением видеодопусков и составлением отчетов;

- для заочной формы основные ФП проводятся в виртуальной и дистанционной формах с получением видеодопусков и составлением отчетов. Во время зачетных сессий преподаватели, оснащенные комплексами мобильных средств ЭП, выезжают в филиалы вузов проведения компактных ФП на местах.

6. Доказано, что созданная методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО позволяет повысить качество обучения физике в учреждениях ВПО.

7. Создан специальный методический мобильный комплекс средств реализации методической системы ЭП студентов вузов при изучении

физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях 00. В состав комплекса входят мобильные компьютеризированные видеосистемы, используемые для реализации физических экспериментов и для контроля полученных знаний и умений по физическому экспериментированию; специальные мобильные информационно-измерительные системы для выполнения физических измерений; мобильные системы управления физическим экспериментом для задания и определения физических параметров учебной экспериментальной установки; мобильные многофункциональные ФП, позволяющие проводить лабораторные работы в цикле естественнонаучных дисциплин по разным направлениям обучения (физика для физических специальностей, физика для технических специальностей, физика для педагогических специальностей, физика для специалистов естественнонаучного профиля и т.п.). Созданный методический комплекс может применять для обучения лиц с ограниченными возможностями (инвалидов и других обучаемых, не имеющих возможности посещать учреждение ВПО).

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что они вносят вклад в развитие теории и методики обучения физике в учреждениях высшего профессионального образования, т.к. расширяют представления о теоретических основах экспериментальной подготовки студентов в физических практикумах цикла естественнонаучных дисциплин за счет того, что:

- определены место и возможности открытого образования в экспериментальной подготовке студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин,

- обоснованы и разработаны варианты сочетаний видов физического эксперимента (натурного, дистанционного и виртуального) для разных форм обучения - очной, очно-заочной и заочной,

- обоснованы и разработаны варианты модели методических систем экспериментальной подготовки студентов для трех форм обучения (очной, очно-заочной и заочной),

- определены принципы построения специального методического мобильного комплекса средств для реализации созданной методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, позволяющие расширить предметные области их применения.

Практическое значение результатов исследования заключается в создании методических разработок, рекомендаций и пособий, новых исследовательских лабораторных работ. В частности:

- разработана методическая система экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин;

разработаны учебно-методические комплексы дисциплин подготовки студентов в бакалавриате (специалитете) и магистратуре в технических университетах, включающие программы дисциплин, методические рекомендации;

- разработаны учебно-методические пособия по лекционному материалу, для практических и лабораторных занятий по физике, в которых отражена ведущая роль разработанной методической системы экспериментальной подготовки вузов для различных форм обучения;

- разработан учебно-методический комплекс лабораторных работ;

- разработан мобильный комплекс средств экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО, в том числе применяемый для лиц с ограниченными возможностями;

- разработан видеообучающий информационно-технологический комплекс средств, обеспечивающий самостоятельную учебно-научную исследовательскую работу студентов вузов в условиях 00.

Внедрение разработанных комплексов и материалов позволяет формировать у студентов в ходе ЭП исследовательские компетенции.

Апробация и внедрение результатов, полученных в ходе исследования, осуществлялись:

на Международных конференциях «Современный физический практикум» СФП -04, 06, 08, 10, 12 (Москва-2004, Волгоград-2006, Астрахань-2008, Минск-2010, Москва-2012);

на Международных конференциях «Физика в системе современного образования ФССО - 07, 09, И» (Санкт - Петербург, 2007,2009, Волгоград, 2011); - на VIII, IX, X, XI и XII Международных научно-методических конференциях МШУ «Физическое образование: проблемы и перспективы», Москва (2009,2010,2011, 2012,2013);

на Международной научно-практической конференции МГОУ «Методология конструирования учебной деятельности по физике. Общеобразовательные учреждения, вуз», Москва (2009, 2010 и 2011);

на научно-методической школе-семинаре по проблеме «Физика в системе инженерного и педагогического образования стран ЕврАзЭС», ВВИА им. Н.Е. Жуковского, Москва (2008);

на V, VI и VII Всероссийских конференциях МГТУ им. Н.Э. Баумана «Необратимые процессы в природе и технике», Москва (2009,2011,2013);

на XXII-XXVII Всероссийских научно-практических конференциях «Учебный физический эксперимент: актуальные проблемы. Современные решения»: - Глазов: 1111Й, (2007, 2008, 2009, 2010,2011,2012);

на II научно-практической конференции «Безопасность как фактор устойчивого развития регионов», РГОТУПС, Ижевск, (2007);

на совещаниях заведующих кафедрами физики технических университетов России (Москва, 2008,2009,2010,2011);

на научно-практических конференциях «Неделя науки» - (2007, 2008, 2009, 2010, 2011), «Наука МИИТа - транспорту», Москва (2007, 2008,2009,2010,2011); через публикацию книг, пособий, статей, научно-методических материалов; организацию и проведение научно-методических конференций по физике, участие в формировании тематики публикуемых в журнале «Физическое образование в вузах» учебно-методических материалов;

в процессе личного участия автора в преподавании физики в лаборатории НИРС НИУ Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана, с участием ведущих преподавателей кафедр вузов Российской Федерации и Латвии (Московский педагогический государственный университет, Волгоградский государственный социально-педагогический университет, МАИ (НИУ), Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), НИЯУ МИФИ, МФТИ (ГУ), Петрозаводский государственный университет, Рижский Институт транспорта и связи, СПб НИУ ИТМО, СПбГПУ, Финансовый университет при Правительстве РФ). Результаты исследования внедрены в высших учебных заведениях: Московском педагогическом государственном университете, Российском государственном открытом техническом университета путей сообщения (РГОТУПС), Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ), в НИУ Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана и в Финансовом университете при Правительстве РФ.

На защиту выносятся:

1. Реализация разработанной методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в различных формах обучения (очное, очно-заочное и заочное) позволяет в условиях открытого образования формировать у студентов исследовательские компетенции в области физического эксперимента (эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование, использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин, применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов физических исследований, пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза физической информации) и обеспечить овладение практическими компетенциями в области организации эксперимента и управления экспериментальной установкой при проведении экспериментальных физических исследований.

2. Модель методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях 00, нацеленная на формирование экспериментальных исследовательских компетенций и основанная на системном, деятельностном и проблемно-ориентированном подходах с учетом интерактивного характера обучения, позволяет при использовании специальных компьютерных видеосистем обеспечить дифференциацию и индивидуализацию в обучении при работе в учебных научно-исследовательских виртуальных мини-коллективах, в которых студенты, находясь на удаленном расстоянии друг от друга, совместно получают новые знания в едином учебном процессе.

3. Процессуальный компонент методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики для различных форм обучения в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования

реализуется через организацию и проведение ФП с применением современного инструментария новых информационных технологий, формирование элементов научно-исследовательского творчества студентов в их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности, расширение связи содержания лабораторных работ с наукоемкими технологиями.

4. Технология экспериментальной подготовки на базе учебно-научных физических лабораторий в различных формах обучения предполагает различные виды сочетания виртуального, натурного и вычислительного экспериментов в комплексе с компьютерным моделированием и физическим экспериментом с удаленным доступом в зависимости от формы обучения (очной, очно-заочной и заочной), объединив в единый взаимосвязанный процесс обучение и контроль формирования исследовательских компетенций.

5. Методический мобильный комплекс средств реализации ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях открытого образования должен включать: мобильные компьютеризированные видеосистемы, используемые для реализации физических экспериментов и для контроля сформированности приобретенных компетенций в области физического экспериментирования, специальные мобильные информационно-измерительные системы для выполнения физических измерений, мобильные системы управления физическим экспериментом для задания и определения физических параметров учебной экспериментальной установки и мобильные многофункциональные физические практикумы, позволяющие проводить лабораторные работы в цикле естественнонаучных дисциплин по разным направлениям обучения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка 297 источников,

приложений, содержит 52 рисунков и 7 таблиц. Общий объем диссертации -355 страниц, в том числе основной текст 302 страницы.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертационной работы отражены в 94 публикациях автора по теме исследования общим объемом 95 п.л. (авт. вклад 65,5 п.л.).

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Калачев, Николай Валентинович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При выполнении данного исследования проведен анализ современного состояния проблемы совершенствования методики экспериментальной подготовки студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО. По результатам анализа проблемы установлено, что применение традиционных методов ЭП при изучении физики в современных условиях ОО не эффективно и в методическом отношении морально устарело. Совершенствование данной методики следует проводить с учетом принципа преемственности и системного подхода к учебному физическому эксперименту. Преподаватели высших учебных заведений, будучи ограниченными недостатком учебного времени, мало внимания уделяют системному подходу как основе совершенствования ФП, что кардинальным образом сужает возможность формирования у студентов компетенций научно-исследовательского характера и самостоятельного научно-теоретического мышления. Выявлено также, что применение инструментария современных информационных технологий для совершенствования методов и средств ЭП студентов вузов при изучении физики является необходимым и достаточным в условиях открытого образования в циклах естественнонаучных дисциплин, учитывающих профили и специализации подготовки.

2. При проведении исследования установлено, что современное открытое образование позволяет реализовать в ряде вузов превалирующую тенденцию к увеличению очно-заочной, заочной и дистанционной форм обучения. Для формирования исследовательских компетенций у обучаемых в условиях ОО используется методическая система ЭП студентов, которая позволяет применять современные ИКТ, использующие видеодопуски, конференции и видеообучающие программы, виртуальные и дистанционные ФП, интерактивные программные модули.

3. Обоснованы необходимость и возможность разработки концепции методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях ОО. По результатам обоснования разработана концепция, теоретические положения которой направлены на формирование у обучаемых исследовательских

компетенций, позволяющих использовать современные физические методы исследования в будущей трудовой деятельности. В основу формирования концепции положен системный подход. Теоретические положения разработанной концепции учитывают особенности обучения физике в условия современного информационного общества.

4. Разработанные в ходе исследования модели методической системы ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин для различных форм обучения в условиях ОО, базирующиеяся на применении системного подхода, предполагают реализацию интерактивного характера обучения, основанного на использовании в учебном процессе системы видеоконференций и обучающих видеосистем, являющихся одним из основных инструментариев современного ОО, построенных на основе разработанных лично автором методик проектирования и представления содержания учебного физического эксперимента. Такое обучение позволяет осуществить усиление дифференциации и индивидуализации, что способствует расширению и углублению самостоятельного физического экспериментирования студентов во всех его формах. Разработанные автором модели включают в себя технологию формирования учебных научно-исследовательских виртуальных мини-группах, позволяющих студентам, находясь на удаленном расстоянии друг от друга, совместно получать новые знания в области физического эксперимента и контролировать полученные знания в едином процессе. Теоретической моделью определена структура системы компьютеризированного дистанционного видеообучения, в виде комплекта обучающих экспериментальных физических задач и тестов, снабженных диагностирующим инструментарием и включающих в себя примерную основу учебной и предметной деятельности как результат создаваемого учебного физического явления и логики его анализа. При этом знания по физическому экспериментированию, полученные в ходе выполнения студентами лабораторных ФП, соотносятся с изучаемыми физическими явлениями и с набором самостоятельно приобретенных в собственном опыте приемами экспериментальной научно-поисковой деятельности.

5. Созданная на базе разработанной модели методическая система ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных

дисциплин в условиях 00 базируется на системном подходе. Система опирается на технологии организации и проведения ФП, использующие современный инструментарий новых информационных технологий; формирование элементов научно-исследовательского творчества студентов и организацию их самостоятельной поисковой учебно-исследовательской деятельности; применение системного подхода для развития методологической направленности ФП и поддержки лабораторного ФП; расширение связи содержания лабораторных работ с наукоемкими технологиями; усиление компетентностного компонента в обучении физике; педагогические технологии, направленные на формирование у студентов исследовательских компетенций, необходимых в будущей трудовой деятельности. Методическая система сочетает натурный эксперимент, компьютерное моделирование и виртуальный эксперимент в такой последовательности и в таких соотношениях, которые отвечают учебно-научному поисковому исследованию и различным формам обучения, что послужило основой для создания внутри методической системы специального средства обучения — учебной научной лаборатории нового поколения, которая ориентирована на проектную и исследовательскую деятельность обучаемых на различных этапах учебного процесса, в том числе при переходе от курса физики к специальным и естественнонаучным дисциплинам.

6. В ходе исследования создан мобильный комплекс средств для реализации созданной методической ЭП студентов вузов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин в условиях 00, направленный на формирование у обучаемых специальных исследовательских компетенций. Комплекс включает в себя мобильные компьютеризированные видеосистемы, используемые для реализации физических экспериментов и для контроля полученных знаний и умений по физическому экспериментированию, специальные мобильные информационно-измерительные системы для выполнения физических измерений, мобильные системы управления физическим экспериментом для задания и определения физических параметров учебной экспериментальной установки, мобильные многофункциональные ФП, позволяющие проводить лабораторные работы в цикле

естественнонаучных дисциплин по разным направлениям обучения (физика для физических специальностей, физика для технических специальностей, физика для педагогических специальностей, физика для специалистов естественнонаучного профиля и т.п.).

7. Проведенный в ряде учреждений ВПО педагогический эксперимент подтвердил предложенную гипотезу исследования о повышении качества обучения физике и формировании исследовательских компетенций у студентов вузов в условиях ОО при реализации созданной методики ЭП. Эксперимент показал, что стабильное повышение качества обучения в вузах связано непосредственно с систематическим целенаправленным применением методик, разработанных лично автором в ходе исследования.

Результаты диссертационного исследования позволяют сделать вывод, что задача создания методической системы ЭП студентов при изучении физики в цикле естественнонаучных дисциплин нашла свое решение, получила теоретическое обоснование и методику ее практической реализации.

В качестве возможного направления дальнейшей работы по развитию данного исследования предполагается теоретическое исследование целесообразности создания дистанционных образовательных центров ЭП по физике, в которых реализуются лабораторные физические практикумы с удаленным доступом, созданные в рамках методической системы экспериментальной подготовки по физике, разработанной автором. Эти физические практикумы должны быть доступны всем желающим через широкополосные каналы связи. В этих центрах предполагается разработка и внедрение новых технологий и средств обучения физике, соответствующих условиям открытого образования.

Список литературы диссертационного исследования доктор педагогических наук Калачев, Николай Валентинович, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Абушкин, Х.Х. Некоторые психолого-педагогические вопросы организации проблемного обучения [Текст]: Межвуз. сб. науч. ст. / Х.Х. Абушкин // Организация проблемного обучения в школе и вузе. — Саранск, 1999.-С. 71-78.

2. Агапова, Е.М. Отражение представлений современной физики в лабораторном практикуме [Текст] / Е.М. Агапова, H.H. Арсентьев, H.H. Безрядин и др. // Физическое образование в вузах. - 2002. - Т. 8, № 3. - С. 33—41.

3. Аданников, A.A. Фундаментализация физико-математической подготовки в профессиональном образовании студентов технических вузов: [Текст]: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, к.п.н.: - Тольятти: 2000. - 21 с.

4. Айзенцон, А.Е. Многоаспектный целостный подход при развивающем обучении физике в системе высшего военного образования [Текст]: автореф. дис. д-ра пед. наук / А.Е. Айзенцон. Москва, 1999. - 32 с.

5. Алексеев, H.A. Осознание логической структуры теоретического знания и мышления как условие их эффективного формирования у студентов: [Текст]: автореф. дис. ... канд. пед. наук / H.A. Алексеев. - М.,1982. - 24 с.

6. Алексеев, Н.Г. Логико-психологический анализ научного творчества и проблемное обучение [Текст] / Н.Г. Алексеев, Э.Г. Юдин // Проблемы научного и технического творчества: Материалы симпозиума. -М.: МГУ, 1967.-С. 69-71.

7. Алешкевич, В.А. Автоколебания в курсе общей физики [Текст] / В.А. Алешкевич, В.М. Ахметьев // Физическое образование в вузах. -2002.-Т. 8, № 3. - С. 7-13.

8. Альтшуллер, Г.С. Творчество как точная наука: теория решения изобретательских задач [Текст] Г.С. Альтшуллер /. - М.: Сов. радио, 1979.-175 с.

9. Ананьев, Б.Г. Человек как предмет исследования. - JL: Изд-во ЛГУ им. A.A. Жданова, 1968. - 332 с.

10. Андреев, В.И. Педагогический мониторинг качества воспитания студентов в контексте саморазвития конкурентоспособной личности [Текст] / В.И. Андреев // Известия Российской академии образования. - 2003. - № 1. - С. 90-95.

11. Анисимов, Н.М. Обучение студентов решению инновационных задач [Текст] / Н.М. Анисимов // Педагогика. - 1998. - № 4. - С. 59-62.

12. Анисимов, Н.М. Теоретические и экспериментальные основы технологии обучения студентов изобретательской и инновационной деятельности [Текст]: автореф. дис. ... д-ра пед. наук / Н.М. Анисимов. -М., 1998.-40 с.

13. Анищенко, Н.Г. Компьютерный практикум по электромагнетизму [Текст] / Н.Г. Анищенко, H.A. Блинов, И.М. Граменицкий и др. // Физическое образование в вузах. - 2002.- Т. 8, № 3. -С. 75-84.

14. Анохин, П.К. Философские аспекты теории функциональной системы. [Текст] / П.К. Анохин - М., 1978. - 300 с.

15. Анциферов, Л.И. Активизация познавательной деятельности учащихся при выполнении физического практикума в средней школе: [Текст] / дисс. ... канд. пед. наук: 13.00.02. М.: 1966. 207 с.

16. Архангельский, С.И. Учебный процесс в высшей школе: его закономерные основы и методы [Текст] / С.И. Архангельский. — М.: Высшая школа, 1980. - 368 с.

17. Асмолов, А.Г. Системно-деятельностный подход к разработке стандартов нового поколения [Текст] / А.Г. Асмолов // Педагогика. - 2009. -№4.-С. 18-22.

18. Афанасьев, В.Г. Социальная информация и управление обществом. [Текст] / В.Г. Афанасьев, М., 1975.

19. Бабанский, Ю.К. Оптимизация процесса обучения (общедидактический аспект) [Текст] / Ю.К. Бабанский. - М.: Просвещение, 1977. -256 с.

20. Байденко, В.И. Компетенции в профессиональном образовании [Текст] / В.И. Байденко // Высшее образование в России. 2004. № 11. С. 313.

21. Барчук, В.И. Формирование исследовательских умений в лабораторном практикуме в высшей школе : дис. ... канд. пед. наук [Текст] / Е.И. Барчук. - М., 1987. - 203 с.

22. Батракова, С.Н. Педагогический процесс как явление культуры (методологические проблемы) [Текст] / С.Н. Батракова. - Ярославль, 2003. - 228 с.

23. Бахарев, М.В. Учебный комплект датчиков физических величин для контроля окружающей среды и экологического мониторинга [Текст] / С.М. Кокин, Н.В. Калачев, М.В. Бахарев, А.О. Воробьев // Журнал "Учебная физика" - Глазов, 2007, № 2, С. 113-117.

24. Беляева, Л.И. Педагогическая деятельность как категория педагогики и образования [Текст] / Л.И. Беляева. - Екатеринбург, 1995. -320 с.

25. Бесконтактные термометры «Кельвин» [Электронный ресурс] Дата обращения 20.05.2011 ЬЦр://2аоеигот1х.ги/р1готе1г1/?й-от=(Игес1

26. Беспалько, В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Педагогика, 1989.192 с.

27. Богоявленская, Д.Б. Психология творческих способностей: Учебное пособие для студентов [Текст] / Д.Б. Богоявленская. - М.: Изд. центр «Академия», 2002. - С. 40- 41.

28. Болонская декларация [Сайт Интернета]: http•.//www.spbu.ш./news/edusem/bol-dec.ru.

29. Болховитинов, В. Александр Григорьевич Столетов. [Текст] / В. Болховитинов — М.: Мол. гвардия, 1953. — 196 с.

30. Бондаревская, Е.В., Парадигмальный подход [Текст] / Е.В. Бондаревская, С.В Кульневич // Педагогика. - 2004. - № 10. - С. 23-31.

31. Бордовский, Г.А. Инновационные технологии при обучении физике студентов педвузов [Текст] / Г.А. Бордовский, И.Я. Ланина, Н.В. Леонова - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. - 266 с.

32. Бордовский, Г.А. Методы педагогических исследований инновационных процессов в школе и вузе [Текст] / В.А. Бордовский. -СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2001.-169 с.